Способ управления непосредственным преобразователем частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями в частотно регулируемом приводе. Цель изобретения - подавление низкочастотной модуляции выходного напряжения путем снижения уровня второй боковой частоты в спектре выходного напряжения, вызываемой несимметрией в схеме преобразователя и системе управляющих импульсов. Преобразователь, для управления которым предназначен способ, построен по трехфазно-однофазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью. Способ заключается в поочередном сдвиге управляющих импульсов двух из трех фаз. При этом каждый сдвиг выполняют до достижения минимального значения составляющей второй боковой частоты в спектре выходного напряжения преобразователя. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5,1)5 Н 02 М 5 27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР,(21) 4378507/24-07 (22) 15.02.88 (46) 15.10.90. Бюл. N- 38 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Б.Е.Пьяных, Б.В.Кузнецов и K.È.Êîðîëüêoâ (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 326694, кл. Н 02 М 5/27, 1970. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями в частотно-регулируемом приводе. Цель изобретения — подавление

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразовате-. лями для питания частотно-управляемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей.

Цель изобретения — подавление низкочастотной модуляции выходного напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа управления; на фиг. 2 - функциональная схема датчика знака отклонения уровня второй боковой частоты в спектре выходного напряжения преобра» зователя; на фиг. 3 — временные диа-... граммы- работы датчика знака отклоне„.Я0„„1599954 А1

2 низкочастотной модуляции выходного напряжения путем снижения уровня вто» рой боковой частоты в спектре выходного напряжения, вызываемой несимметрией в схеме преобразователя и системе управляющих импульсов. Преобразователь, для управления которым предназначен способ, построен по трехфазно-однофаэной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью.

Способ заключается в поочередном сдвиге управляющих импульсов двух из трех фаз. При этом каждый, сдвиг выполняют до достижения минимального значения составляющей второй боковой частоты д

Ю в,спектре выходного напряжения преобразователя. 4 ил.

МФ ния; на фиг. 4 — временные диаграммы (д трехфазной несимметричной системы р импульсов управления ключами преобра- р зователя

Сущность способа заключается в следующем.

В преобразователе частоты с непосредственной связью, построенном по трехфаэно-однофазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выходное напряжение формируется фазностной частоте Я -uJ где ХЕп .ивЂ, соответственно частоты управляющих .импульсов и сети. При появлении несимметрии в трехфазной системе сетевых напряжений, в схеме преобразова1599954 теля или в системе сетевых напряже-. ний, в схеме преобразователя или в системе управляющих импульсов в выходном напряжении появляется состав5 ляющая второй боковой частотыg+ ы (зеркальная составляющая), вызывающая совместно с гармоникой частоты

9- собиения — низкочастотную модуляцию

:выходного напряжения. Введением допол-10 нительной несимметрии в систему уп1 ;равляющих импульсов эту составляющую модно подавить. Такой способ является наиболее эффективным. т.к, частоты

iQ-(d и Й+ ыразличаются незначительно и применением р е зонансных фильтр ов эту задачу рещить не удается. Однако введение несимметрии в систему импульсов управления из условия полного подавления второй боковой частоты предполагает различные фазовые сдвиги в двух или трех фаз управляющих импульсов относительно первой. Так как в общем случае несимметрии в питающей сети и в схеме преобразователя величи 25 ны этих фазовых сдвигов неизвестны, то подавлепие второй боковой частоты в выходном напряжении преобразователя осуществляется путем поочередного сдвига управляющих импульсов двух из трех фаз управления. При этом каждый сдвиг необходимо выполнять до достижения минимального значения этой составляющей в выходном спектре.

Осуществление способа поясняется с помощью устройства, приведенного на фиг. 1.

Непосредственный преобразователь 1 частоты питается от трехфазной сети

A,В,С с нулевым проводом и построен, 40 .например, по трехфазно-однофазной

" нулевой схеме на полностью управляемых ключах 2,3,4 с двусторонней проводимостью. Параллельно нагрузке 5 подключен резонансный фильтр 6, настроенный на частоту i+Of, выход которого подключен к входу датчика 7 знака производной огибающей. Выход датчика 7 подключен к одному из входов элемента И 8, к другому входу которого подключен выход генератора 9 импульсов сдвига. Выход элемента 8 соединен со счетным входом счетчика 10.

Разрядные выходы счетчика 10 подключены к входам дешифратора 11. Выходы 12

15 дешифратора 11 подключены к первым входам элементов 16 — 19, к вторым . входам которых подключен выход генеpRTopd 9. Выход элементов 16, 18 подключен к суммирующим входам элемен-. тов 17,19 ". к вычитающим входам 20, 21, 22 и 23 реверсивных счетчиков 24 и 25. Разрядные выходы счетчиков 24,.

25 подключены к первым входам элементов 26,27 сравнения кодов, к другим входам которых подключены разрядные выходы двоичных счетчиков 28, 29.

Счетные входы 30 31 этих счетчиков соединены с выходами элементов 32,33, с первыми входами которых соединены единичные выходы 34,35 триггеров 36, 37, а с вторыми — выходы высокочастотного генератора 38. Выходы элементов 26,27 подключены к входам 39,40 установки нуля счетчиков 28,29 и на

Е"выходы 41, 42 триггеров 36,37 соответственно. S-входы 43,44 этих триггеров подключены к двум из трех выходов 45,46,47 распределителя 48 импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора 49. Нулевые выходы 50,51 триггеров 36,37 подсоединены к первым и вторым входам 52 и 53 фазового сдвига блока 54 элементов "Запрет" и блока 55 элементов ИПИ, трехфазный вход блока 54 подключен к выходам 45,46,47 распределителя 48, а выходы 56,57,58 блока 54 — к трех" фазному входу блока 55, фазные выходы К2, КЗ, К4 которого использованы для управления ключами 2,3,4 преобра-. .зователя 1 °

На фиг. 2 приведена функциональная схема датчика 7 знака производной огибающей, подключенного между выходом резонансного фильтра 6 и одним из входов элемента 8. Датчик 7 представ-. ляе собой последовательное соединение преобразователя 59 уровня второй боковой частоты в постоянное напряжение, дифференцчрующего усилителя 60 и нуль-органа 61.

Принцип работы схемы (фиг. 1) заключается в следующем.

Пусть в результате наличия несимметрии в трехфазной системе питающих напряжений А,В,С в схеме преобразователя или системе управляющих импульсов появляется составляющая второи боковой частоты Я+ а)в спектре выходного напряжения на нагрузке 5 преобразователя 1, собранного на полностью управляемых ключах 2 — 4 с двусторонней проводимостью. Пусть также уровень этой составляющей возрастает. Резонансный фильтр 6 выделяет гармонику этой составляющей на частоте A+(u.

54 6 вать. Триггер 37 остается н прежнем нулевом состоянии, и на его нулевом ныходе 51 действует единичный уронень, который поступае- на входы 53 блоков

54 и 55.

В момент t с выхода 46 распреде1 лителя 48 на единичный вход 43 триггера 36 поступает опрокидывающий по= тенцнал и устананливает триггер 36 в единичное состояние . На нулевом выходе 50 появляется нулевой, на единичном 34 — единичный потенциалы. Ну.левой потенциал подается на входы 52 блоков 54,55, единичный потенциал открывает элемент 32, через который импульсы от генератора 38 начинают поступать на вход 30 счетчика 28. Счетчик 28 набирает код. Когда код н счетчике 28 сравняется с кодом в счетчике 24, элемент 26 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 39 счетчика 28 и обнуляет его, а также по входу 41 триггера 36 устанавливает ега в "0". На выходе 34 триггера, 36 появляется запрещающий нулевой потенциал, который запирает элемент 32, и импульсы от генератора

38 прекращают поступать на вход 30 счетчика 28. В счетчике 28 остается нулевой код. На выходе 50 триггера

36, т.е. на входах 52 блоков 54,55, появляется единичный уровень (момент на фиг. 4).

Так как при записанном в счетчике

10 коде "1", задающем первый режим управления, в ренерсинный счетчик 24 добавлена "1", то совпадение кодов в счетчиках 24 и 28 происходит позже по сравнению с предыдущим состоянием, т.е. длительность интервала t,-t возрастает.

В момент t (фиг. 4) с выхода 47 распределителя 48 на вход 44 тригге ра 37 поступает опрокидывающий потенциал и устанавливает триггер 37 в единичное состояние. На выходе 51 появляется нулевой, на выходе 35 — единичный потенциал. Нулевой потенциал подается на входы 53 блоков 54, 55, единичный потенциал открывает элемент 33, через который импульсы от генератора 38.начинают поступать.на вход 31 счетчика 29. Счетчик 29 набирает код, Когда код в счетчике 29 сравняется с кодом в счетчике 25, элемент 27 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 40 счетчика 29 и обнуляет его, а также

5 15999

Датчик 7 формирует на выходе единичный потенциал, который разрешает прохождение через элемент 8 импульса с выхода генератора 9 на счетный вход двоичного счетчика 10. Пусть в исход5 ном состоянии счетчик 10 был обнулен.

Тогда этим импульсом в счетчике 10 запишется код "1", который задает первый из заданных режимон, поянляется на разрядных выходах счетчика и подается на вход дешифратора 11. При этом единичный уровень появится на выходе 12 дешифратара 11 и разрешит прохождение через элемент 16 импуль-. са с выхода генератора 9 на суммирующий вход 20 реверсивного счетчика 24.

В счетчике 24 к полученному от предыдущего цикла работы коду также добавится единица. Пусть триггер 36 в 20 предыдущем цикле работы установился в нулевое состояние, т.е. на его единичном выходе 34 действует запрещающий нулевой потенциал..Тогда импульсы от высокочастотного генератора 38 не 25 будут проходить через элемент 32 на счетный вход 30 двоичного счетчика 28.

В счетчике 28 будет записан кад ".0" и, так как коды в реверсивном счетчике 24 и двоичном счетчике 28 не рав- 30 ны, то на выходе элемента 26 импульсы будут отсутствовать. Триггер 36 остается в прежнем нулевом состоянии и на его нулевом выходе 50 действует единичный уровень, который поступает на входы 52 блоков 54 и 55 (интервал

0-t йа фиг. 4).

Ранее было указано, что на выходе 12 дешифратора 11 появился единичный потенциал. При этом на выходах 13- 0

15 дешифратора действуют нулевые потенциалы, которые запирают элементы 17 — 19 и не пропускают импульсы ге,нератора 9 на входы 21,22,28 счетчи.,ков 24,25. Пусть в реверсивном счет- 45 чике 25 находится какой-то код„ определяемый предыдущим циклом работы схемы. Пусть также триггер 37 в предыдущем цикле работы установился в нулевое состояние, т.е. на его еди ничном выходе 35 действует запрещающий нулевой потенциал. Тогда импульсы от генератора 38 не будут проходить через элемент 33 на счетный вход 31 двоичного счетчика 29. В счетчике 29 будет записан код "0", и так как коды в реверсивном счетчике 25 и двоичном счетчике 29 не равны, то на выходе . элемента 27 импульсы будут отсутство1599954 по входу 42 триггера 37 устанавливает его в нуль. На выходе 35 триггера 37 появляется запрещающий нулевой потенциал, который запирает элемент 33, и

5 импульсы от генератора 38 прекращают поступать на вход 31 счетчика 29, В счетчике 29 остается нулевой код.

На выходе 51 триггера 37, т.е. на входах 53 блоков 54, 55, появляется единичный уровень (момент t< на фиг. 4).

Так как при записанном в счетчике 10 коде 1, задающем первый режим управления, в реверсивном счетчике 25 1> код не изменился, то совпадение кодов в счетчиках 25 и 29 происходит спустя тот же, что и на предыдущем периоде управления, интервал времени t -t<, т.е. длительность интервала t -t ос- 20 тается прежней.

Нулевые импульсы на интервале по входу 52 вычитаются в блоке 54 из импульсов на выходе 46 распределителя 48, а импульсы на интервале и - -25 из импульсов на выходе 47 распределителя 48 (диаграммы 56 — 58, Фиг. 4).

В блоке 55 импульсы на интервале

1 2 положительной полярности суммируются с импульсами на выходе 45, а импуль-. 30 сы на интервале t --г — с импульсами

3 на выходе 46 распределителя 48. В результате на выходах К2-К4 блока 55 (диаграммы К2-К4, фиг, 4) образуется несимметричная система импульсов управления, в которой длительность импульсов управления для первой по очередности работы Фазы (ключ 2) увеличилась, а для второй (ключ 3) — уменьшилась по сравнению:с предыду щм пери-40 ,одом управления.

Пусть в результате введенной несимметрии уровень второй боковой частоты на выходы преобразователя понизился. Тогда датчик 7 формирует нУле- 45 вой потенциал и элемент 8 не пропускает на вход счетчика 10 импульсы от генератора 9. В счетчика 10 остается прежний код " 1", и на новом периоде управления в счетчик 24 добавится еще одна "1". В результате интервал вновь возрастает. Интервал t -t остается прежним.

Такое увеличение длительности им. пульсов для ключа 2 и уменьшение длительности импульсов для ключа 3 будет происходить до тех пор, пока уровень второй боковой частоты в спектре вы-, ходного напряжения преобразователя бу-, дет уменьшаться. Пусть в результате работы по первому режиму на следующем периоде управления уровень второй боковой частоты на выходе преобразователя возрос. Тогда датчик 7 формирует вновь единичный потенциал и элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 один импульс. В счетчике. записывается код

"2", задающий второй режим управления.

В результате единичный уровень появится на выходе 13 дешифратора 11 и через элемент 17 пройдет импульс от генератора 9, но уже на вычитающий вход 21 реверсивного счетчика 24.

В счетчике будет вычтена "1". Триг-.

rep 36, находящийся в нулевом состоянии, в момент времени t< опрокинется в " 1" потенциалом с выхода 46 распределителя 48. Единичный потенциал с выхода 34 открывает элемент 32, и счетчик 28 по входу 30 от импульсов, генератора 38 будет набирать код.

Так как в реверсивном счетчике 24 код стал на "1" меньше, то равенство кодов в счетчиках 28 и 24 наступит раньше момента и и, следовательно, интервал t t (фиг. 4) уменьшится, т.е. в импульсы управления К2-К4 по входу 52 будет введена меньшая несимметрия, чем в предыдущем цикле.

Что касается несимметрии по входу 53, то она останется прежней, так как код в реверсивном счетчике 25 не изменился и равенство кодов в счетчиках

29 и 25 наступит в тот же момент времени t<.

Пусть в результате введенной несимметрии уровень второй боковой частот на выходе преобразователя понизился. Тогда датчик 7 Формирует нулевой потенциал и элемент 8 не пропускает на вход счетчика 10 импульсы от генератора,9. В счетчике 10 остается прежний код "2", и на новом периоде управления из счетчика 24 вычтется еще одна "1". В результате интервал

tq-t снова уменьшится. Интервал -t< останется прежним.

Такое уменьшение длительности импульсов для ключа 2 и увеличение длительности импульсов для ключа 3 будет происходить до тех пор, пока уровеньвторой боковой частоты в спектре выходного напряжения преобразователя будет уменьшаться. Пусть н результате работы по второму режиму на следующем периоде управления уровень второй частоты на выходе преобраэова159995 теля возрос. Тогда датчик 7 вновь формирует единичный потенциал и элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 еще один импульс. В счетчике записывается код 3, задающий третий ре5 жим управления. В результате единичный уровень появится на выходе 14 дешифратора 11 и теперь откроется элемент 18, пропуская на суммирующий вход 22 реверсивного счетчика 25 импульс от генератора 9. Код в счетчике 25 увеличится на "1". Триггер 37, как было указано, находится в нулевом состоянии и запрещающий нулевой потенциал на его выходе 35 не пропускает импульсы от генератора 38 на вход 31 счетчика 29. В момент триггер 37 опрокидывается и на счетчик 29 начинают поступать импульсы. 20

Счетчик набирает код. Так как в счетчике 25 теперь код на "1" больше, то совпадение кодов в счетчиках 29 и 25 произойдет позже и, следовательно, большая несимметрия в систему 25 управляющих импульсов К2-К4 будет введена по входу 53. При этом несимметрия по входу 52 останется неизменной.

Пусть в результате последнего фазо-30 вого сдвига уровень второй боковой частоты на. выходе преобразователя уменьшится. Тогда датчик 7 знака отклонения нулевым уровнем на своем выходе запирает элемент 8. В счетчике 10 остается прежний код "3", попрежнему на выходе 14 дешифратора будет действовать единичный уровень, будет открытым элемент 18 и по суммирующему входу 22 в счетчик 25 доба- щ вится еще одна "I". В результате, как было рассмотрено ранее, интервал

t - (фиг. 4) снова возрастает. !

Так будет продолжаться до тех пор, 45 пока дальнейшее увеличение несимметрии по входам 53 блоков 54,55 не вызовет возрастания уровня второй боковой частоты на выходе преобразователя.

Тогда датчик 7 формирует единичный 50 потенциал, элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 импульс и счетчик переходит в нулевое состояние, задающее четвертый режим управления.

В результате единичный потенциал по-. явится на выходе 15 дешифратора 11, откроется элемент 19 и по вычитающему входу 23 импульсом генератора 9 из кода в счетчике 25 вычтется "1".

4 .0

Следовательно, новое совпадение кодов в счетчиках 29 и 25 произойдет раньше, интервал t> — t + уменьшится . Если при этом уровень второй боковой частоты уменьшится, то по изложенному алгоритму из кода в счетчике 25 вычтется еще одна единица, что приведет к дальнейшему уменьшению интервала

Так будет продолжаться до тех пор, пока уровень второй боковой частоты вновь не возрастет.

Далее по рассмотренному порядку работы схема перейдет вновь в первый режим управления и т.д, Таким образом, добиваясь минимума уровня второй боковой частоты на выходе преобразователя путем поочередного уменьшения или увеличения дли-: тельности интервала t,-t rro входу

52 или интервала - по входу 53, удается практически подавить низкочастотную модуляцию выходного напряжения преобразователя.

Функциональная схема датчика знака производной может быть построена, например, по фиг. 2. Здесь уровень сигнала переменного тока частоты

& ына выходе резонансного фильтра 6 преобразуется в пропорциональное постоянное напряжение в преобразовате.ле 59. На фиг. 3 диаграмма 59 показывает напряжение на выходе преобразователя 59, когда огибающая сигнала второй боковой частоты на выходе фильтра 6 имеет, например, синусоидальную форму. Дифференцирующий усилитель 60 формирует сигнал, пропорциональный первой производной сигнала 59, а нуль-орган 61 — прямоугольный сигнал, единичный уровень которого соответствует возрастанию уровня второй боковой частоты, а нулеьой—

его спаду.

Использование способа управления непосредственным преобразователем частоты позволяет подавить низкочастотную модуляцию выходного напряжения.

Формула изобретения

Способ управления непосредственным преобразователем частоты, выполненным на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, заключающийся в том,,что Аармируют

1 трехфазную несимметричную систему прямоугольных импульсов управления

11 15999 заданной длительности, число которых равно числу фаз, начало импульса управления ключом в последующей фазе ! совпадает с концом импульса управления ключом в предыдущей фазе, очередность фаз определяется фазовым сдвигом между ними, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью подавления низкочастотной модуляции выходного напряжения, задают четыре режима управления ключами преобразователя, выделяют вторую боковую частоту в спектре выходного напряжения и ее огибающую, на каждом периоде управле- 15 ния определяют знак производной огибающей и при положительном знаке производной устанавливают первый из заданных режимов управления, при котором увеличивают длительность импуль- 20 сов управления для первой и уменьшают для второй по очередности работы фаз, и если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают рабо- 5 ту в этом режиме, если знак производной остается положительным, то nepel ,ходят к второму режиму, при обзором

54 1г уменьшают длительность импульсов управления для первой и увеличивают для второй по очередности работы. фазы, если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, если знак производной остается положительным, то переходят к третьему режиму, при котором увеличивают длительность импульсов управ,ления для второй и уменьшают для третьей фазы, и если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, если знак производной остается положительным, то переходят к четвертому режиму, при котором уменьшают длительность импульсов управления для второй и увеличивают для третьей по очередности работы фазы, если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, а если знак произ-, водной остается положительным, то повторяют указанный цикл работы, начиная с первого режима.

Фиг.2 б1

47

Составитель В.Миронов

Редактор М.Циткина Техред М.Ходаннч Корректор Н.Ревская

Заказ 3149 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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