Способ управления регулируемым мостовым инвертором

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями, входящими в состав систем частотно-регулируемого электропривода. Целью изобретения является улучшение спектрального состава выходного напряжения преобразователя в диапазоне выходных частот, близких к номинальной. Способ управления базируется на алгоритме 180-градусного управления ключами трехфазного преобразователя с дополнительными коммутациями вентилей, осуществляемыми в серединах соответствующих зон управления. Связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения на нижней половине частотного диапазона осуществляют за счет постоянной поэтапной вариации длительностей пауз между импульсами управления и самих управляющих импульсов на центральных участках тактовых интервалов 60-градусной продолжительности. Для снижения амплитуд гармонических составляющих, близких к основной, на верхней половине частотного диапазона на интервалах 0-30, 150-180, 180-210, 330-360 эл. град генерируют дополнительные импульсы управления, продолжительность которых растет с увеличением частоты, а местоположения середин основных сигналов управления фиксируют на уровне 75, 105, 255 и 285 эл. град. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 02 И 7/48

ОПИОАИИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1492434 (2 1) 4487523/24-07 (22) 28.09.88 (46) 07.07.90. Бюп. Р 25 (71) Отдел энергетической кибернетики

AH ИССР (72) В.И.Олещук (53) 621.316.727(088.8) (56) Лвторское свидетельство СССР

Р 1492434, кл. H 02 И 7/48, 1987. (54) СПОСОБ УПРЛВЛЕНИЧ РЕГУЛИРУЕМЬМ

ИОСТОВЫИ ИНВЕРТОРО 1 (57) Изобретение относится к электро— технике и может быть использовано для управления преобразователями, входящими в состав систем частотно-регулируемого электропривода. Целью изобретения является улучшение спектрального состава выходного напряжения преобразователя в диапазоне выходных частот, близких к номинальной. Способ управления базируется на алгоритме

180-градусного управления ключами

Изобретение относится к электротехнике, к подклассу силовой преобразовательной техники, может быть использовано при управлении полупроводниковыми преобразователями частоты на базе инверторов напряжения, питающими асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, и являются дополнительными к изобретению по авт.св.

Р 1492434.

Целью изобретения является улучшение спектрального состава выходного напряжения преобразователя.,;SU„„1577027 А 2

2 трехфазного преобразователя с допол" нительными коммутациями вентилей, осуществляемыми в серединах соответствуюцих зон управления. Связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения на нижней половине частотного диапазона осуществляют за счет постоянной поэтапной варнации длительностей пауз между импульсами управления и самих управляющих импульсов на центральных участках так- ° товых интервалов 60-градусной продолжительности. 1ля снижения амплитуд гармонических составляющих, близких к основной, на верхней половине частотного диапазона на интервалах

0-30, 150-180, 180-210, 330-360 эл. град. генерируют дополнительные импульсы управления, продолжительность которых растет с увеличением частоты, % а местоположения середин основ пах сигналов управления фиксируют на уров-не 75, 105, 255 и 285 эл. град. 5 ил. п ь )

1Р

На фиг. 1 изображена силовая струкМ) тура трехфазного преобразователя, выполненного на базе полностью управляемых ключей; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие предлагаежгй способ управления преобразователем; на фиг. 3 — функциональная схема системы управления, реализующая пред- ) лагаемый способ; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие алгоритм ее работы; на фиг. 5 — характеристики гармонического состава выходного напряжения преобразователя.

1577027

Временные диаграммы, представлен- ные на фиг ° 2, иллюстрируют вариант связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения преобразователя в четырехкратном диапазоне (N=4). На трех верхних временных диаграммах на фиг. 2а изображены включающие импульсы управления, поступающие на начальной выходной частоте на вентили катодной группы преобразователя +A, +В, +С в течение одного полупериода. На вентили анодной группы приходят соответствующие праинвертированные сигналы. ioMBHTb» равенства нулю приведенных сигналов управления на временных диаграммах соответствуют при этом интервалам формирования запирающих вентили импульсов. На нижних времен»»ьгх диаграммах на фиг. 2 представлены соответствую»т»e участки кривой . †:инейнага выход. ного напряжения преобразователя U, .

Рассмотрим алгоритм фа,» »»рования равляющих сигналов на т..;мере фазы А. На начальной выходной частоте преобразователя Fo (фиг. 2а) в серец»»не зоны проводимости вентиля »А тактовый интервал ат 60 да 120 эл. град. разбивается на четыре отрезка равной длительности, .па 1 5 эл.град.. ко„-:-,; и», внутри и посередине каждого из которых формируются управляющие (запирающие вентиль) импульсы продол-= жительностью

N-1 4-1

Л =-««- — = — — . 60=11, 25 эл. град.

6F !2 4.4

При этом местоположения середин управля»ощих (запирающих) сигналов

С и С о на первой полонине тактаво»О го интервала, вычисляемые как С

2i-1

=60(1+ ††), соответственно равны

2N

67,5 и 82,5 эл.град. На вторых половинах тактовых интервалов на всем диапазоне регулирования управляющие импульсы располагаются симметрична. На тактовом интервале от 240 до 300 эл. град. в зоне закрытого состояния вентили аналогичным образом вырабатываются сигналы на включение вентиля.

Регулирование частоты выходного сигнала преобразователя при рассматриваемом алгоритме управления в диапаN зоне частот F — -F осуществляется за о 2 счет постоянной поэтапной вариации продожснтель»»остей центральных на тактовых интервалах управляющих имПри анализируемом варианте связанного четырехкратнага по частоте регулирования преобразователя (N=4) на первом поддиапазоне регулирования из" менение частоты (длительнасти периода) осуществляется путем изменения продолжительности импульсов управления в соответствии с зависимостью

1 1 1 1 1

12А FN 24 F и с текущим местоположением середин импульсов управления

2i t F — "-) =60(1+ ) эл.град.„.:

8Ро

2 2-1 ЗР

= — — )=60(1+- — ) эл.град„

2 -4 SFo

С =60(1+ —.

Р р

С =60(1+—

Г

Го пульсов и длительностей пауз между основными импульсами на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. На поддиапазанах регулирования, на которых в центральных тактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, продолжительность. ос- . тальных сигналов управления не зависит от текущих значений выходной частоты преобразователя и определяется

1=1 из соотношения М = — — --.—.— —, где

3NF (21-1) количество формируемых на половине тактовых интервалов сигналов управления, включая центральный. На паддиапазонах регулирования, на которых регулирование осуществляется эа счет из":»енения продолжительности центральных пауз между основными импульсами управления,длительность остальных сигналов

„правления варьируют в зависимости ат тек1ц»»х значений выхсчна»» частоты

:..»реабраэавателя в саатветствип с фу . 1 1 1 кцио»»альна»» зависимостью д= — т(- — - —;:,.

121 F FON

После достижения выходной частотой преобразователя значения F.=N/2 F и да нам»»»»аль»»а»» частоты F=NF описанный алгоритм формирования управляющих сигналов видоизменяется.

Все указанные зависимости относятся к продолжительностям сигналов управления, вызывающих запирание вентилей внутри 180-градусных зан открытога состояния ключей и включение саатветствующ»»х вентилей внутри эон закрытого состояния, на интервалы времени, равные продолжительностям упомянутых сигналов.

Отмеченный первый по порядку поддиа" паэон регулирования занимает диапазон

1 частот и N(2i-1) 4 (2 2-1) о о 21(2 -1) -Т о 2. 72. 2 :1-1109ГО У после чего ближние к середине тактовых интервалов импульсы управления сливаются в один центральный сигнал

I управления увеличенной длительности.

Поддиапаэон регулирования преобразователя, расположеннь»й в зоне выхода, N(2i-1) 15 ньи частот Р -F =-F — . — — т- — ——

2 о 2(i-1) (2i-1)+1

4(2 2-1)

2 (2-1) (2 2-1) +1 1, 71Рц, характеризуется наличием расположенных в серединах тактовых интервалов центральных основных сигналов управления, продс.— жительность которых изменяется от частоты в соответствии с зависимостью (1 2(i-1) (2i-1)+1 1

6F 6Го N(2i-1) 6F

2(2-1) (2 2-1)+1 1 7

6.4.(2.2 -1)Г 6F 72Г, Длительности основных остальных сигналов управления,при э том ос таются

i-1 постоянными и равными Л = — — — --.— — =

ЗГГ о(21 — 1) 1577027 6

11 56F нальной зависимости (— - — — 5, 78)

8gF NF

=(- - — — 5,78) эл.» ðàä. Ближние к о гра»»ицам полупериода фронты дополнительных сигналов управления при этом формируют путем сдвига на + 60 эл.град. ближних к середине полупериодов фронтов соответствую»»»их одноименньи (включающ»»х или выключающих) основнь»х сигналов управления. Указанньп» подциапазон работы преобразователя иллюстрируется временными диаграммами, представленными на фиг.2,б.

Лродолжительность удополнительных сигналов управления на диапазоне

NFo — — -NF линейно увеличивается при этом

2 о от близкой к нулю величшы при частоNF o те — — Фо 5 78 эл град. Наб даемой на номинальной выходной частоте преобразователя NF . В кривой линейного выходного Йапряжения U<>, как показанб на фиг. 2б, на отмеченном подциапазоне регулирования у границ полупериодов форм»»руются дополн»»телыые выходные импульсы, способствующие уменьшению (компенсацш») амплитуд па30 разитных гармоник спектра, близких к основной гармонике.

2-1

3 4(2 2 1)Fî 36

Увеличение выходной частоты преоб-.35 разователя от F< до выходной частоты, равной половине номинальной Г=

=-Г =2F сопровождается последова2о о тельным уменьшением продолжительностей Л сигналов управления по зависи1 1 1 мости Я = — (- — — -) . Характерной осо12 F 4Г бенностью предлагаемого способа управления преобразователем является мо-45 дификация алгоритма управления в диапазоне повышенных значений выходных

NFo частот — — — NF . TGK начиная с часщ

Фоты F = †-=2Р местоположения сере2 дин управляющих сигналов жестко"фиксируют на уровне 75, 105,255 и 285 эл. град. Одновременно на интервалах 0-30, 150-180, 180-210 и 330-360 эл.град. вырабатывают дополнительные импульсы управления, по одному на каждом из указанных интервалов, продолжительность которых находится из функциоЛринцин построения систем управления, реализующих предлагаемый способ, рассмотрим на примере системы управления, функциональная схема которой, соответствующая варианту N=4 представлена на фиг. 3. Блок 1 задания выходной частоты преобразователя, формируемы»» на выходе которого аналоговый сигнал прямо пропорционален ве-, личине выходной частоты и определяет частоту следования тактовых импульсов генератора 2 тактовых импульсов, которая в 12 раз превышает выходную частоту преобразователя, связан также с плюсовым входом сумматора 3. Выход генератора 2 подсоединен к входам регистра 4 и генератора 5 развертывающего линейно изменяющего напряжения, сигнал на выходе которого на всем диапазоне работы имеет постоянную в обе стороны крутизну и переменную амплитуду, уменьшающуюся с ростом частоты, которая фиксируется датчиком 6 амплитуды. Выход генератора 5 подключен к входам компараторов 7-11, в которых сигнал U генератора 5 сопоставляется с выходными напряжениями сумматоров

1577027

12 16. Выход датчика б связан. также с плюсовым входом су..матора 17.

Алгоритм функционирования устройства,,выполненного по вертикальному принципу, поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.4.

При этом индексы сигналов на фиг.4 соответствуют цифровым обозначениям соответствующих блоков и узлов на функциональной схеме устройства.. Ам" плитуды сигналов источников 18 и 19 постоянного напряжения определяют собой временные положения середин импульсов кривой выходного напряжегжя преобразователя на начальной выходной частоте. При этом для И=4 01 =.У ага =0,5Ъ макс, где ц макс макси,мальная амплитуда пилообразного сиг(:нала генератора 5, наблюдаемая на на-,0 чальной выходной частоте. Источники

18 н 19 связаны с г,гюсовыюг. входами ,.сумматоров 13-16, на другие входы ко- "орых поступает сигнал ог еточника

" О, амплитуда которо"o:==:äëåò началг=-:г5 ную длительность вьгходных импульсов при N--4 U = — -- — =О 0625Н .) . Ha

U 5 макс с

Ъ

<о г1

:входы сумматоров 13-16 прихопит также корректирующий разностный сигнал 30 с выхода сумматора 2.1, который на начаг.ьной частоте равен нулю, благодаря чему суммарная продолжительность выходных импульсов, временное положение которых определяется амплитудами сигналов на выходах сумматоров 13-16, в процессе регулирования преобразователя остается постоянной„ что соотве.:ствует закону постоянства отношения величины напряжения к частоте. Величина напряжения U < оогпгооррнноогго источгшка 22 при этом определяется из соотношенияя

U s макс

U =- ††-=Π25U

Е г я 5 макс

Из этого сигнала сумматором 21 осуществляется вычитание сигнала результирующего сумматора 23, плюсовые входы которого связаны с, выходами сумматоров 14, 16 и 17, а минусовый вход сумматора 23 подключен к выходу сумматора 15. Тем самым величина сигнала

U пропорциональна суммарной на полуйериоде продолгогтельности выходных импульсов. В моменты равенства сигналов U<> -U < текущим значениям развертывающего напряжения U компарато" рами 8-11 вырабатываются короткие импульсы (команды) на формирование фронтов выходных импульсов, которые через элемент ИЛИ 24 поступают на вход счетного триггера 25 и далее, на вход логического распределителя 26 управляющих импульсов.

Описанный базовый алгоритм работы устройства имеет место на нижнем диапазоне выходных частот преобразоваМ, теля, при F(-Р0=2Га, В момент достижения выходной частотой преобразователя указанного граничного значения

F 2F амплитуды сигналов U источнн.—.

1У ка 19 и U< на выходе датчика б становятся равны, что приводит к срабатыванию компаратора 27, переключению из одного положения в другое по команде компаратора 27 ключа 28 и замыканию клыча 29. Дальнейшее увеличение выходной частоты преобразователя вплоть до номинальной выходной частоты 4F происходит при постоянстве выраженного в градусах временного по..с..кения середин пауз между выходными импульсами, которые на фиг. 4 примен:тельно к управляющим сигналам вентиля фазы +Л обозначень. как С и С . Одновременно положительный разностный сигнал с выхода сумматора 3 (считается, что максимальная амплитуда выходного сигнала блока 1U1=U+ ) через согла1 5 макс сующий усилитель 30 поступает на вход сумматора 12, где суммируется с напряжением U< Суммарный сигнал U

11. через клгоч 29 приходит на г>ход компаратора 7 с формирователем коротких импульсов на выходе, вырабатывающего командные импульсы в моменты равенства сигналов У и У„, которые через элемент ИЛИ 31, на другой вход. которого приходят импульсы от компаратора 10, поступают на вход счетного триггера 32 и вызывают его периодическое срабатывание. На плюсовой вход сумматора 23 поступает сигнал через ключ 33, управляемый компаратором 34.

Сигналы на выходах счетных триггеров

25 и 32, обозначенные на фиг. 4 соответственно как У.г и Г э, поступают на входьг логического распределителя 26 управляющих импульсов. На тактовые входь! распределителя 26 поступают сигналы четырехразрядного регистра.4, выходные состояггия Я. О,О g которого в цифровой форме за период выходного напряжения можно последовательно записать как 1000, 1001, 0010, 0011, ОООО, 0001, 1010i I011, 1100, 1101, 9 1577 1110, 1111, При этом логические функции, реализуемые распределителем 26 и поступающие в форме включающих сигналов управления на соответствующие вентили, имеют следующий вид

-A=Q i 50 ф Уgz+Q iQ 8 gU

+QqQ QgQ<1 э +Ч (ЮАРэ + ;Q ф "y++

+g Д Я >U r + Q Л Л э0 4+ iQ Л э(iU> z

+B=Q, Q Д 0 z y+Q Д gQ Л А +

+Q QQ >Q Uz +QiQ Я sQ i+0iQ Q>U <+

+0 0 0зО +ЧД Яз 4(1м+ЧЯ Аз(40з 15 . +С=(., P )Qi+Q„Q g)Q U g+

+Q i Q 20 gQ i U 3 2+ s Q 2 Ф 5 ч Л Л Л 11 ъ1, 1 Л 3 4 > <+Q Q 6 з

Формирование на. верхнем частотном диапазоне работы преобразователя дополнительных сигналов управления с лнБ нейно изменяющейся от частоты продолжительностью приводит к появлению на крайних участках кривой линейного выходного напряжения дополнительных импульсов той же длительности, обеспечивающих компенсацию амплитуд пара— 30, зитных гармонических составляющих спектра, близких к основной. Зто наглядно иллюстрируют приведенные на фиг, 5 рассчитанные для варианта N=5 кривые зависимостей относительных, 35 приведенных к напряжению источника питания Е, амплитуд пятых и седьмых гармоник для предлагаемого (сплошные линии) и известного (пунктирные кривые) способов. При этом выбранный 40

027

l0 закон изменения продолжительности при котором при F NF© ) 5,78 эл ° град. обеспечивает на номинальной частоте полную компенсацию пятой гармоники, амплитуда седьмой гармоники в верхней части диапазона регулирования также достаточно мала и не превышает нескольких процентов от основной.

Ф о р м у л а изобретения

Способ управления регулируемым мостовым инвертором с Б-кратным связанныгл регулированием частоты и величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения по авт ° св. и 1492434, о т л и ч а ю m, и и с я тем, что, с целью улучшения спектрального состава выходного напряжения преобразователя в ди:.назоне выходнйх часN тот -F -NF местоположения середин

t основных сигналов выключения и включения вентилей определяют соответственно как 75, 105,255 и 285 эл.град., а на интервалах 0-30, 150-180, 180-210 и 330-360 эл.град. формируют дополнительные сигналы выключения и включения вентилей, ближние к границам полупериодов фронты которых формируют путем сдвига на -60 эл.град. ближних к

Ф середине полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных сигналов выключения н включения вентилей, при этом длительность дополнительных сигналов выключения и включения вентилей определяют из функциональной за11 56F висимости ) =(— +-â€ â€ вЂ” 5, 78) эл .град.

NFà

1577027

1577027

15??02?

1/

Составитель О.Парфенова

Техред N,Äèäüï Корректор Т Малец

Редактор В.Бугренкова

Заказ 1853 Тираж 498 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 1С1