Способ формирования опорных сигналов для многоканальной системы управления преобразователем частоты

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты с непосредственной связью. Цель изобретения - повышение качества управления преобразователем. По данному способу формируют эталонные сигналы по числу каналов управления пропорционально фазным напряжениям питающей сети. Формируют сигнал начального уровня в виде постоянного напряжения, величина которого пропорциональна среднему значению амплитуд всех эталонных сигналов, для каждого канала управления формируют управляющий сигнал на интервале прямого хода, имеющий форму положительной полуволны напряжения соответствующего эталонного сигнала, а на интервале обратного хода-форму прямоугольного импульса отрицательной полярности с длительностью, равной длительности интервала обратного хода, а опорные сигналы формируют, интегрируя управляющий сигнал на интервале прямого хода, соответствующего интервалу от 0 + W2φ до φ + W2φ электрических градусов соответствующего эталонного сигнала (где N - натуральный ряд чисел), а на интервале обратного хода, соответствующего интервалу от φ+N2φ до 2φ(1+2N) эталонного сигнала, сбрасывают проинтегрированный сигнал до напряжения начального уровня и далее до конца интервала поддерживают его на этом уровне. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Щ) Н 02 M 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4427891/24-07 (22) 23.05.88 (46) 30.08.90. Бюл. 11 32 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.В.Иванцов и И.М.Чухловина (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 653715, кл. Н 02 М 7/00, 1979.

Семенов 10.Е. и др. Анализ параметров стабилизированного генератора пилообразного напряжения. — Сб.:

Преобразовательная техника. — Новосибирск, 1977. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПОРНЫХ

СИГНАЛОВ ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ (57).Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты с непосредственной связью.

Цель изобретения — повышение качества управления преобразователем. По данному способу формируют эталонные сигналы по числу каналов управления пропорционально фазным напряжениям питающей сети. Формируют сигнал наИзобретение относится к электро- технике и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты с непосредственной связью . НПЧ) для формирования опорных напряжений многоканальной системы импульсно-фазового управления при переменной частоте напряжений питающей сети.

Цель изобретения — повышение качества управления преобразователем.

„,ЯО„„1589355 А 1 чального уровня в виде постоянного напряжения величина которого пропорциональна среднему значению амплитуд всех эталонных сигналов, для каждого канала управления формируют управляющий сигнал на интервале прямого хода, имеющий форму положительной полуволны напряжения соответст— вующего эталонного сигнала, а на ин— тервале обратного хода — форму прямоугольного импульса отрицательной полярности с длительностью, равной длительности интервала обратного хода, а опорные сигналы формируют, интегрируя управляющий сигнал на интервале прямого хода, соответст- вующего интервалу от О + п2Т до

Ii + п2((электрических градусов соответствующего эталонного сигнала (где n — натуральный ряд чисел), а на интервале обратного хода, соответствующего интервалу от Yl + n21i до 27i (1+2n) эталонного сигнала, сбрасывают проинтегрированный сигнал до напряжения начального уровня и далее до конца интервала поддерживают его на этом уровне. 2 ил.

На фиг. 1 приведена одна из возможных функциональных схем устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 а-ж — эпюры, поясняющие способ формирования опорного напряжения.

Устройство содержит формирователь

1 сигнала начального уровня (ФСНУ) и идентичные каналы (например, три)

2-4 формирователя опорного напряжения (ФОН), входы которых подключены к

1589355

10 вьгходным клеммам 5 трансформатора 6 синхронизации, входные клеммы 7 которого предназйачены для подключения к питающей сети. В ФСНУ 1 измерительные входы интеграторов 8-10 соединены с одной из выходных клемм 5 трансформатора 6 синхронизации, управляющий вход ключа сброса каждого интегратора

8-10 подключен к выходу одного из компараторов 11 — 13, два входа которых соединены с соответствующими вы,ходными клеммами 5 трансформатора 6.

; Выходы интеграторов 8-10 через три входа сумматора 14 и фильтр 15 соединены с вьгходной клеммой 16 ФСНУ 1.

В формирователях 2-4 опорного напряжения вход компаратора 17 соединен с соответствующей выходной клеммой трансформатора 6, а его выход через вентиль 18 и первый вход сумматора

19 — с входом интегратора 20, вход компаратора 17 также соединен через вентиль 21 и второй вход сумматора

19 с входом интегратора 20. Выход

25 интегратора 20 соединен с первым не-. инвертирующим входом сумматора 22, Второй инвертирующий вход которого подключен к выходной клемме 16

ФСНУ 1, а выход сумматора 22 через

Усилитель (УС) 23 и вентиль 24 подключен к третьему входу. сумматора 19.

Выход интегратора 20 в каждом ФОН 2-4 соединен с соответствующей выходной клеммой устройства 25 (26, 27).

Способ осуществляется следую цим образом.

На вход трансформатора 6 поступает напряжение питающей сети. Обмотки трансформаторов соединены так, что на его выходах формируются эталонные 40 сигналы, моменты перехода через ноль

Которых совпадают с моментами естественного включения соответствующих

Вентилей тиристорного преобразователя (фиг.2а,г). Эти эталонные сигналы 45 поступают на входы ФСНУ l и на входы соответствующих ФОН 2-4. Из сформированных эталонных сигналов в ФСНУ 1 формируют общий для всех ФОН эталонный сигнал начального уровня (U и (50 фиг.2в,ж). Осуществляется это следующим образом. В ФСНУ 1 для каждого эталонного сигнала U> U U

,фиг.2г) формируют симметричное на— пряжение прямоугольной формы, сдви- 55 нутое на 90 эл.град. относительно

Соответствующего эталонного сигнала.

Напряжения прямоугольной формы формируются компараторами 11-13, сравнивающими два эталонных напряжения между собой и формирующими импульсы, фронты которых совпадают с моментами равенства сравниваемых сигналов. На фиг. 2г, д показ ан пример формирования напряжения прямоугольной формы для эталонного сигнала U путем сравнения компаратором 11 эталонных сигналов Б, U . Аналогично формируются напряжения прямоугольной формы для эталонных сигналов U 1, u U . С выхода компараторов 11-13 сформированные напряжения прямоугольной формы поступают на соответствующие управляющие входы ключа! сброса в интеграторах 8 — 10. На измерительные входы ключа сброса в интеграторах 8-10 поступают соответствующие эталонные сигналы (Бзм БзЬ Нэс на фиг

Например, на измерительный вход интегратора 8 поступает эталонный сигнал U „, а на управляющий вход ключа сброса этого интегратора поступает напряжение прямоугольной нормы с выхода компаратора 11, сдвинутое на

90 эл.град. относительно U эа (фиг.3г,д) . Во время действия положительного прямоугольного импульса ключ сброса интегратора замкнут и на выходе интегратора формируется нулевое напряжение U „(фиг.2е), а во время действия отрицательного ими ул ь с а пр ямо уг ол ьн ой формы — U пзо (фиг.2д), ключ в интеграторе разомкнут и интегратор интегрирует участок эталонного сигнала U, поступающего на его измерительный вход (U

9 фиг.2г) . За счет 90-градусного сдвига интегрируемого и управляющего сигналов на выходе интегратора 8 формируется регулирующий сигнал в виде однополярных (в данном конкретном случае отрицательных) полуволн напряжения синусоидальной формы (Ньч, фиг.2е). На выходе интеграторов 9 и

10 формируются аналогичные регулирующие сигналы (Нр, U д) из двух других эталонных сигналов U ° и U

ЗЬ Э 1 которые сдвинуты во времени относительно друг друга и относительно U ря на 120 эл.град. Сформированные регулирующие сигналы Upa, Бь1,, Uр суммируются сумматором 14, а относительно небольшие пульсации выходного сигнала сумматора 14 фильтруются фильтром 15, в результате чего формируется этапонный сигнал начального уровня (V „,„ фиг.2ж), в данном случае положительной полярности, пропорциональный сумме всех регулирующих сигналон, который через клемму 16 поступает а входы всех ФОН 2-4. Каждый регулирующий сигнал формируется интегрированием участков эталонного сигнала длительностью 180 эл.град. с последующим сбросом интеграла на интервалах также 180 эл.град (фиг.2е)

3а счет этого амплитуда регулирующих сигналов пропорциональна амплитуде эталонных сигналов и регулируется с большим быстродействием (за счет интегрирования со сбросом) при изменениях амплитуды эталонных сигналов, вызванных изменениями амплитуды напряжений питающей сети. Эталонный сигнал начального уровня (U„ яу у фи г. Зж), получаемый суммированием . регулирующих сигналов, также регулируется с большим быстродействием при изменении амплитуды напряжений питающей сети. Причем с увеличением амплитуды напряжений питающей сети, эталонный сигнал начального уровня увеличивается, а с уменьшением— уменьшается. При изменении частоты напряжения питающей сети также осуществляется быстродействующее регулирование амплитуды регулирующих сигналов, и соответственно, быстродействующее регулирование эталонного сигнала начального уровня (U „„, фиг.2ж), причем с увеличением частоты U „,„ уменьшается, а с уменьшением частоты

Vz> увеличивается пропорционально частоте. Таким образом осуществляется быстродействующее регулирование эталонного сигнала начального уровня при изменении амплитуды и частоты напряжения питающей сети.

Рассмотрим, как формируются собственно опорные сигналы для системы импульсно фазового управления преобразователем частоты с помощью формирователей 2-4 на примере одного канала (ФОН 2 фиг.1) .

На вход ФОН 2 поступает эталонный сигнал (U, фиг.2а), сформированный из напряжения питающей сети с клеммы 5. Это напряжение поступает на компаратор 17, формирующий двухполярный сигнал прямоугольной формы, фронты которого совпадают с моментами перехода через ноль эталонного напряжения (фиг.2б). Отрицательные импульсы этого сигнала через вентиль 18

1589355 поступают на первый вход сумматора

19. На второй вход сумматора 19 поступают через вентиль 21 выделенные полуволны эталонного сигнала U „ одинаковой полярности с сигналом начального уровня, сформированного на выходе ФСНУ 1. В данном случае с помощью вентиля 21 выделяются положи10 тельные полуволны эталонного напряжения, которые используются в качестве управляющего сигнала для формирования прямого хода опорного напряжения. На интервале действия отрицательной полуволны напряжения питающей сети вентиль 21 закрыт и не пропускает сигнал, а выходное напряжение компаратора 17 отрицательно.

Отрицательный сигнал компаратора через вентиль 18 и первый вход сумматора 19 поступает на вход интегратора 20 и интегрируется, изменяя выходное напряжение интегратора от отрицательного до положительного на ин— тервале формирования обратного хода опорного напряжения (U „ фиг.2в).

На интервале формирования обратного хода входной сигнал интегратора меньше по модулю сигнала ФСНУ 1 и выход3( ной сигнал сумматора 22 и усилителя

23 отрицательны. Вентиль 24 при этом закрыт и не пропускает сигнал на вход сумматора 19. При увеличении опорного напряжения на выходе интегратора 20 выше сигнала начального

35 уровня (U, фиг.2в), формируемого

ФСНУ 1, выходной сигнал сумматора

22 и усилителя 23 становятся положительными, вентиль 24 открывается и на третий вход сумматора поступает

40 положительный сигнал, который компенсирует отрицательный сигнал, поступающий через вентиль 18. При этом замыкается цепь отрицательной обратной связи, включающая интегратор 20, 45 сумматор 22, усилитель 23, вентиль

24, сумматор 19, которая обеспечивает формирование участка неизменного опорного напряжения (U щ фиг,2в), следующего за участком обратного хо50 да. На интервале неизменности опорного напряжения его величина поддерживается равной эталонному сигналу начального уровня за счет действия указанной цепи отрицательной обратной связи, компенсирующей действие отрицательного сигнала компаратора

17. Интервал неизменного напряжения заканчивается в момент изменения по1589355 лярности эталонного сигнала .U c отрицательной на положительную (фиг. 2а) .

В момент перехода через ноль эталонного напряжения (фиг.2а) и изме5 нения его знака с отрицательного на положительное компаратор 17 переключается и формирует на выходе импульс положительной полярности, который закрывает вентиль 18. Вентиль 21 открывается положительным напряжением и на вход интегратора поступает положительная полуволна напряжения питающей сети. Интегратор 20 интегрирует положительную полуволну напряжения сети и его напряжение изменяется от положительного уровня, равного сигналу начального уровня, до отрица тельного напряжения. При этом формируется прямой ход опорного напряжения (U „„ фиг.2в) длительностью

180 эл.град. На этом интервале вен тиль 24 закрыт отрицательным напряжением сумматора 22 и усилителя 23 и 25 схема стабилизации неизменного напряжения, равного сигналу начального уровня, не действует, а опорное напряжение формируется как интеграл от полуволны эталонного напряжения и 30 имеет форму косинусоиды. Для этого постоянная интегрирования выбирается такой, чтобы амплитуда опорного напряжения в момент окончания прямого хода (U < фиг.2в) была равна по модулю сигналу начального уровня, что позволяет, сформировать симметричное косинусоидальное напряжение на интервале прямого хода. Меньшая, чем

180 эл.град. длительность обратного

40 хода, обеспечивается большим уровнем отрицательного напряжения компаратора 17, чем управляющий сигнал, формирующий прямой ход. Косинусоидальная форма опорного напряжения на интервале прямого хода позволяет обеспечить

45 арккосинусоидальную характеристику управления преобразователя частоты, улучшив качество его выходного напряжения и качество управления.

Быстродействие регулирования постоянного уровня на выходе ФСНУ 1 обеспечивается за счет формирования сигналов с помощью интеграторов 8-10 и фильтрации с малой постоянной времени.

Опорное напряжение в момент начала формирования прямого хода всегда равно сигналу начального уровня и отслеживает изменение напряжения питающей сети. Если изменяется напряжение в сети, например увеличивается, то одновременно увеличивается сигнал начального уровня и увеличивается опорное напряжение в момент начала формирования прямого хода. Интегрирование большей по амплитуде полуволны напряжения питающей сети на интервале прямого хода, увеличивает скорость изменения напряжения от положительного до отрицательного на интервале прямого хода, Поскольку начало интегрирования полуволны сети начинается с большого напряжения, то амплитуда опорного напряжения в момент окончания прямого хода оказывается равной сигналу начального уровня независимо от напряжения питающей сети. Это обеспечивает высокое качество управления преобразователем частоты и формы его выходного напряжения. Быстродействующее регулирование амплитуды и начального уровня опорного сигнала при изменении напряжения сети обеспечивает малую зависимость выходного напряжения преобразователя частоты от напряжения питающей сети, что повышает качество управления.

Предлагаемый способ формирования опорных сигналов позволяет осуществить быстродействующее регулирование начального уровня и амплитуды опорных сигналов для многоканальной СИФУ при изменении частоты напряжения питающей сети с сохранением симметрии опорных сигналов отрицательно нулевого уровня. Так, при изменении частоты напряжения сети изменяется частота эталонных сигналов, что приводит к быстродействующему регулированию эталонного сигнала начального уровня..

Поскольку одновременно и обратнопропорционально изменяется эталонный сигнал начального уровня и частота управляющих сигналов (в виде полуволн эталонных сигналов одинаковой полярности с эталонным сигналом начального уровня), то одновременно и прямопропорционально изменяются начальный уровень (U „>) и амплитуда (U, фиг.2в) опорных сигналов. Прй этом сохраняется симметрия эталонных сигналов относительно нулевого уровня на интервалах прямого хода. При этом также сохраняется косинусоидальная форма опорных сигналов на интервалах прямого хода. Обеспечение симметрии

1589355 и косинусоидальной формы опорных сигналов при изменении частоты напряжения питающей сети обеспечивает по-вышение качества управления преобразователем частоты.

Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить быстродействующее регулирование каждого опорного напряжения при изменении амплитуды и частоты напряжения питающей сети, позволяет обеспечить линейную регулировочную характеристику преобразонателя частоты и повысить за счет этого качество управления тиристорным преобразователем.

Формула изобретения

Способ формиронания опорных сигналов для многоканальной системы управления преобразователем частоты, заключающийся в том, что формируют эталонные сигналы по числу каналов управления (где число каналов управ- 2S ления равно числу фаз сети) пропорционально фаэоным напряжениям сети, формируют сигнал начального уровня н виде постоянного напряжения, формируют управляющие сигналы по числу каналов управления, частота которых пропорциональна частоте напряжения питающей сети, формируют опорные сигналы по числу каналов управления интегрируя управляющий сигнал на интервале прямого хода, соответствующего интервалу от 0 + 2nfi до I7 +

+ 2п 0 эл. град. соответствующего эталонного сигнала (где n — - натуральный ряд чисел), а на интервале обратного хода, соответстнующего интервалу от 7) + 2п Г(до 2Ф (1 + 2n) эталонного сигнала, сбрасывают проинтегрированный сигнал до напряжения начального уровня и далее до конца интервала поддерживают его на этом уровне, о т л и ч а-ю шийся тем, что, с целью повышения качества управления преобразонателем частоты, сигнал начального уровня формируют в виде постоянного напряжения, величина которого пропорциональна среднему значению амплитуд нсех эталонных сигналов, а управляющие сигналы формируют на интервале прямого хода в виде положительной полуволны напряжения соответствующего эталонного сигнала, а на интервале обратного хода - в виде прямоугольного импульса отрицательной полярности длительностью, равной интервалу обратного хода.

"эа э6 эс Мэа

Составитель В.Гордеев

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Дидык Корректор Т.Малец

Заказ 2545 Тираж 493 Подписное

ВНИИПИ 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