Способ управления многофазным инвертором напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике. Способ управления многофазным инвертором напряжения может быть использован в частотно-регулируемом электроприводе. Цель изобретения - улучшение качества выходного тока инвертора за счет улучшения его гармонического состава. Это достигается тем, что в системе со слежением за током по сигналу рассогласования с тактированием работы ключей инвертора от внешнего генератора вводится пропорциональная зависимость изменения периода тактовых импульсов пропорционально сигналу задания тока нагрузки, что приводит к улучшению гармонического состава выходного тока. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1603507 A 1

O9) (11) gI)g Н 02 И 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4376161/24-07 (22) 10.02.88 (46) 30.10.90, Бкат, Р 40 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) F..Ï.IIoñïåëîâ, А.H.Пискарев и В.А.Синицын (53) 621.3 16 . 727(088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1403301, кл. Н 02 И 7/48, 1988, Авторское свидетельство СССР

Ф 1348975, кл . H 02 M 7/48, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ .1НОГОФАЗНЫМ

ИНВЕРТЙРОИ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Способ управления многофазИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в многофазных инверторах напряжения, предназначенных для частотно-регулируемого электропривода.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного тока.

В предпоженном способе управления многофазным инвертвром, выполненным на шести ключах, соединяющих фазы нагрузки с полюсамл источника питания, формируют пофазно сигналы задания выходного тока, измеряют мгновенные значения тока нагрузки, формируют пофазно сигналы рассогласования путем вычитания сигналов задания выходного тока кз измеренных мгновенных значе-. ний тока фаз нагрузки, сравнивают межцу собой попарно сигналы рассогла2 ным инвертором напряжения может бьнь использован в частотно-регулируемом электроприводе. Цель изобретения улучшение качества выходного тока инвертора за счет улучшения его гармонического состава. Это достигается ... тем; что в системе со слежением за током по сигналу рассогласования с тактированием работы ключей инвертора от внешнего генератора вводится пропорциональная зависимость изменения периода тактоь.к импульсов пропорционально сигналу задания тока нагрузки, . что приводит к улучшению гармонического состава выходного тока. 2 ил ., 1 табл. сования всех фаз, определяют фазы, для которых сигнал рассогласования наибольший и наименьший по алгебраической величине, для фазы с наибольМ и шим сигналом рассогласования подают Ж сигнал управления на ключ, соединяю- ( À данную фазу с отрицательным полюсом источника питаяия инвертора, а С

:для фазы с наименьшим сигналом рас-. (, ), согласования — на ключ, соединяющий а 1 данную фазу с положительным полюсом источника питания инвертора, вводятся, новые операции, заклю.ающиеся в том, что формируют тактовые импульсы с периодом следования, пропорциональным . амплчтуде -.оков задания, запоминают знак и сравнительную относительк друг друга величину сигналов рассогласования в моменты формирования тактовых импульсов, сравнивают их со

160:3 507 знаками и величинами результата срав-, нения сигналов рассогласования в момент формирования предыдущего тактового импульса и при изменении знака и величин результатов сравнения сигналов рассогласования формируют и пОдают сигналы управления на ключи инвертора.

На фиг..1,2 представлены схемы, 1О уСтройства для реализации способа.

Устройство (фиг. 1) реализующее предложенный способ, содержит трехфазный мостовой инвертор 1 напряжения, выполненный на шести ключах 1 - 15 1, шунтированных обратными диодами, трехфазную нагрузку 2, блок 3 управления инвертором напряжения и датчикй 4 — 6 мгновенных значений фазных

20 токов °

Нагрузка 2 питается от инвертора 1, ключи 1 <-1 6 которого управляются блока 3 управления, на .входы которого ! поступают сигналы 11>, -U >, определяю- 25 щие форму тока нагрузки, и сигналы Брс U pg y вырабатываемые датчиками 4-6 тока. Пары ключей 1 и 1, 1 и 1, 1 в и 16 переключаются противогазно. 30

Блок управления (фиг . 2) содержит генератор 7 трехфазного синусоидальНого сигнала с двумя входами управления по частоте Н и амплитуде 11,, источник 8 управляемого опорного напряжения, аналоговый сумматор 9, уп.равляемый генератор 10 тактовых импульсов, аналоговые сумматоры 11

13 компараторы 14 - 16 определения энаков сигналов рассогласования, ком- 40 параторы 17 — 19, преобразователь 20 кодов (ПК), блок 21 D-триггеров с общим счетным входом.

Выходы трехфазного генератора синусоидальных сигналов, на два входа которого подаются сигналы управления по частоте и амплитуде, соединены с аналоговыми сумматорами 11 - 1.3, на вторые входы которых подключены соответствующие датчики 4 - 6 мгновен- 50 ных значений тока нагрузки. Выход аналогового сумматора 11 подключен к входам компараторов 14, 17, 18, выход аналогового сумматора 1? - к входам компараторов 15,17,19, а выход анало-55 гового сумматора 13 — к входам компараторов 16 — 19. Выходы компараторов 14 — 19 соединены с входами преобразователя 20 кодов, выходы которого подключены к входам блока 21

13-триггеров, общий счетный вход которого соединен с выходом генера-. тора 10 тактовых импульсов. Выход источника опорного сигнала соединен с одним из входов аналогового сумматора 9, на другой вход которого подается сигнал управления трехфазного генератора 7 по амплитуде сигнала задания токов. Выход аналогового сумматора 9 соединен с входом генератора 10 тактбвых импульсов, Выходы блока 21 D-триггеров подключены к управляющим входам ключей 1<-16 инвертора 1 напряжения, Устр.ойство, реализующее предложенный способ пофаэного регулирования входного тока трехфазного инвертора. напряжения, работает следукяцим образом.

На входы трехфазного генератора 7задаюших сигналов подаются сигналы (U и U,, определяющие частоту и. амплитуду соответственно сигналов задания. Задающие сигналы Up, -U >, определяющие величину и форму токов в нагрузке, вычитаются в аналоговых сумматорах 11 — 13 из сигналов U пропорциональных мгновенным значениям токов в фазах нагрузки. Полученные при этом .выходные сигналы рассогласования QU -QIJ поступают на компараторы 17 — 19, где сравниваются между собой. На выходе компаратора 17 появляется значение логической единицы (А =1), если g U о hU, и логического нуля (А =О), если QU,chIJ . АналоЭ гично комнараropy 17 работают компараторы 18 и 19:

A+=1, если КУРИ! и А =О, если $ U,<Ц3з;

А =1, если 6 U >hUЗ и A =О, если g Uz

0дновременно сигналы рассогласования Ь11, -JUL поступают на устройства 14 — 16 определения знака, на выходах A -А которых появляются значе-, ния логической единицы, если поступившие на их входы сигналы положительные, и л огич ес ког о нуля, если э ти сигналы отрицательные. Таким образом, иа входе преобразователя 20 кодов имеется шестираэрядный код, который несет информацию о знаке и сравнитель1603507 ной одна относительно другой величине сигналов Д11, -fU рассогласования.

Первые три разряда кода определяют знаки сигналов рассогласования в каждой из трех фаз, я три последующие результаты их попарного сравнения.

Например, код 101100 означает, что

c:èãHàëû рассогласования первой и третьей фаз положительны, а второй фазы - 10 отрицательны, единица в четвертом разряде означает, что сигнал рассогласования в первой фазе больше, чем во второй, нуль в пятом разряде означает, что сигнал рассогласования в 15 первой фазе меньше, чем в третьей, а нуль в шестом разряде означает, что сигнал рассогласования со второй фазе меныпе, чем в третьей. Число возможных значений кода комбинации переключения ключей в трехфазном инверторе равно 24, и они характеризуют все возможные варианты расположения сигналов рассогласования всех фаз относительно нуля.

Выбор необходимой комбинации переклвчения ключей по сформированному коду происходит так, чтобы обеспечить отслеживание с определенной ошибкой токов задания. 30

Для определенной схемы нагрузки ("треугольник", "звезда") сформированному коду ставится в соответствие комбинация переключения ключей, определяемая следуи»им образом. К фазе, 35 сигнал рассогласования которой имеет наибольшую в алгебраическом смысле величину, необходимо приложить отрицательное, а к фазе, сигнал рассогласования которой имеет наименьшую 40 в указанном сигнале величину, — положительное напряжение.

Тогда в случае трехфязной нагрузки по схеме "треугольник" третья фаза закорачивяется, тяк кяк в этом случае 45 все возможные комбина»»»»и приложения напряжения к фазам нагрузки определяются как сочетания из+ U, О, где U — напряжение источника питания, Из этого следует, что тогда, когда 50 все три сигнала рассогласования отрицательны (это возможно при п»ести значениях кода комбинации переключения),,возможны переключения ключей, которые вызывают уменьшение сигнала рассогла- 55 сования лишь в одной фазе — в той, в которой он имеет мяксимяльную по модулю величину. Однако если двя сигнала рассогласовя»п» в двух фязях положительны, я трr- .ий — отрицателен (шесть значений кода комбина»»»»и переключения), возможны переключения, при которых будут уменьшаться сигналы рассогласования во всех трех фазах.

При остальных 12 значениях кода возможны переключения, уменьп»аю»цие сигналы рассогласования в двух фазах.

Если нагрузка трехфазная по схеме

"звезда", все возможные комбинации приложения напряжения к фазам нагрузки определяются сочетаниями из следувп»их значений казнь»х напряжений:

+ Р„ 11 + 11

3 3 3

В этом случае выбор комбинации переключения ключей по сформированному коду в соответствии с изложенным выше правилом осуществляется так, чтобы вызвать уменыпение сигналов рассогласования в двух или трех фазах. Последнее возможно, если сигналы рассогласования не одного знака (12 значений кода комбинации переключения). Если знаки сигналов рассогласования одинаковы, то возможны переключения, уменьшающие сигналы рассогласования в двух фазах (12 значений кода) .

Например, если на выходе появилась комбинация 101, то ключи 1», 1, 1 будут включены, а ключи 1,1,16 выключены. Для рассматриваемого случая трехфазной нагрузки, соединенной по схеме "треугольник", информация о знаке сигналов рассогласования является избыточной. Поэтому устройства

14 — 16 определения з на кя, изображенные на фиг. 2, не нужны. При этом код комбинации переклвченпя трехрязрядшлй. В этом случае ПК функцианируеп в соответствии с таблипей и может быть реализован ня о" нове постоянного запоминающего устройства.

Состояние выходов ПК меняется в соответствии с текущими»и состояниями компяряторов 14 — 19 в пределе с бесконечно болыпой частотой. Чтобы ее ограничить, сигналы ПК г.одявтся на блок 21 1)-триггеров, Hà обп»»п» счетный вход которого поступяют сигналы тактовой частоты от генер".òîðÿ 10.

Состояние выходов бчокя 21 B-триггеров будет изменяться в момент при-, хода очер »ного тактового импульса

»IpH условии > что cocToRI»»»p. я»»ходов ПК изменилось ня предыдущем периоде следования тактовых импульсоD, Чястот»

16И 507 коммутации кличей инвертора ограничена сверху частотой тактовых импульсон.

При заданных амплитуде и частоте сигналов задание увеличения Гг умень- шает ошибку регулирования, так как частота коммутации ключей инвертора возрастает, и наоборот, при уменьшении f ошибка возрастает. При умень- 10

М шении амплитуды сигналов задания при той же частоте f относительная

Т ц ошибка будет возрастать и гармонический состав выходного тока будет ухудшаться. 15

Поэтому в предложенном способе период следования тактовых импульсов

Т изменяется пропорционально амплитц туде сигналов задания, для чего сиг- щ нал Б,, задающий амплитуду токов задания, складывается .в аналоговом сумматоре 9 с опорным сигналом У „, вырабатываемым источником 3, и подается на вход управляемого генератора 10 тактовых импульсов. Необходимый диапазон

Изменения f < в функции будет опредеЛяться постоянной времени нагрузки Т„.

Для больших Т и требуются более низкие

Значения тч для малых Ти более

Выс оки е з нач е ни я

Настройка, обеспечивающая необхо димый диапазон изменения fTö, осуществляется посредством изменения величины Uо„. 35

Изменение частоты f rq a предложенном способе в фунции амплитуды тока задания не вызывает увеличения относительной ошибки регулирования и ухудшения гармонического состава тока при 40 регулировании амплитуды тока задания.

В предложенном способе управления многоАазным инвертором коммутация ключей инвертора осуществляется в момент прихода тактовых импульсов, период 45 следования которых пропорционален сигналу задания амплитуды токов, при условии, что на предыдущем периоде следования тактовых импульсов произошло изменение кода комбинации переклю- >0 чения кличей инвертора. Диапазон изменения тактовой частоты определяется характером нагрузки, причем низкая часгота соответствует максимальной амглитуде сигнала задания тока, мак— симальная частота — минимальной а .— плитуде сигнала задания тока. Это обеспечивает улучшение качества выходного тока инвертора за счет уменьшения амплитуды пульсаций тока нагрузки и улучшения его гармонического состава при регулировании вниз амплитуды тока задания, что оказывает положительный эААект на колебание момента и скорости двигательной нагрузки.

Формула изобретения

Способ управления многофазным инвертором напряжения, выполненным на шести ключах, соединяющих фазы нагрузки с полюсами источника питания, заключающийся в том, что Аормируют поАаэно сигналы задания выходного тока, измеряют мгновенные значения тока Ааз нагрузки, формируют пофазно сигналы рассогласования путем вычитания сигналов задания выходного тока иэ измеренных мгновенных значений тока фаз нагрузки, сравнивают между собой попарно сигналы рассогласования всех фаз, определяют Аазы, для которых сигнал рассогласования наибольший и наимень|чий по алгебраической величине, для фазы с наибольшим сигналом рассогласования подают сигнал управления на ключ, соединяющий данну& Аазу с отрицательным полюсом источника питания инвертора, а для фазы с наименьшим сигналом рассогласования на клич, соединяющий данную фазу с положительным полюсом источника питания инвертора ° о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества выходного тока инвертора за счет улучшения его гармонического состава, формируют тактовые импульсы с периодом следования, пропорциональным амплитуде сигнала задания выходного тока, запоминает знак и величину результата сравнения сигналов рассогласования в моменты формирования тактовых импульсов, сравнивают их со знаками и величинами результата сравнения сигналов рассогласования в момент формирования предыдущего тактового импульса и при изменении знака и величины результата сравнения сигналов рассогласования подают указанные сигналы управления на ключи чнвертора.

1603507

9 (,остояние ПК и ключей инвертора для нагруэки по схеме "треугольник"

Состояние -слючей

Ка К К4

Входы ПК

К((к, В В В

А А4 А

О

О

О

О

О

О

1

О О

О О

1 О

0 1

1 1

1 1

Выходы ПК

I (1

О

0

О

1

О

0

0

1

1 !

0

О

0

0

0 1 0

1 1 0

0 0 1

1 1 0

0 0

1 0 I

1603507

Составитель В.Мальцев

Редактор А.Маковская Техред М.Дидык Корректор T.Ìàïåö

Подписное

Тираж 499

Заказ 3392

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР

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

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