Способ управления трехфазным преобразователем с широтно- кодовым регулированием

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является улучшение качества процесса регулирования преобразователя. Способ управления базируется на алгоритме несимметричного 180-градусного управления, при котором для каждого вентиля трехфазной мостовой схемы преобразователя на периоде выходной частоты попеременно формируют зоны проводимости и закрытого состояния, на средних тактовых интервалах 60-градусных продолжительностей которых, в правой части тактовых подинтервалов, формируют соответственно асимметричные сигналы выключения и включения вентилей (сигналы управления ), продолжительность которых определяет величину выходного напряжения преобразователя и количество которых на полупериоде последовательно уменьшается при росте выходной частоты. Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя осуществляют за счет постоянной поэтапной вариации длительностей пауз между сигналами управления, расположенных внутри центрального участка каждого тактового интервала, а также длительностей ближних к центру левых сигналов управления. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. tf С bt -и о о оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУ БЛИН рц Н 02 11, 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4715518/07 (22) 31.05.89 (46) 30.04.91 ° HIQJl N - 16 (71) Отдел энергетической кибернетики АН МССР (72) В.И.Олещук (53) 621.316.727 (088,8) (56) Забродин B. С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием. H., Энергия, 1977, с. 17-38, Калашников Б.F Кравицкий С.О., Эпштейн И.И. Системы управления автономными инверторами. tl. Энергия, 1974, с. 33. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЯ!

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ1 С ШИРОТНО-КОДОВЬ1И

PEГУЛИРОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшение качества процесса регулирования преобразователя. Способ управления базируется на алгоритме несимметричного 180-градусного управления, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении преобразователями на базе автономных инверторов напряжения, входящими в состав систем частотнорегулируемого электропривода переменного тока.

Целью изобретения является улучшение качества процесса регулирования выходного сигнала трехфазного преобразователя с несимметричным управлением за счет плавного перехода от од,.БО„„А 1 при котором для каждого вентиля трехфазной мостовой схемы преобразователя на периоде выходной частоты попеременно формируют эоны проводимости и закрытого состояния, на средних тактовых интервалах 60-градусных продолжительностей которых, в правой части тактовых подинтервалов, формируют соответственно асимметричные сигналы выключения и включения вентилей (сигналы управления), продолжительность которых определяет величину выходного напряжения преобразователя и количество которых на полупериоде последовательно уменьшается при росте выходной частоты. Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя осуществляют за счет постоянной поэтапной вариации длительностей пауз между сигналами управления, расположенных внутри центрального участка каждого тактового интервала, а также длитель- Я ностей ближних к центру левых сигналов управления. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. ного поддиапазона регулирования к другому.

На фиг. 1 представлена упрощенная структура силовых цепей трехфазного о тномостового преобразователя, выполненного на полностью управляемых вентилях; на фиг. 2 и 3 — приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс осуществления приемов предложенного способа управления; на фиг. 4 и 5 — функциональная схема системы управления, реализующей

16460 указанный способ, и диаграммы, поясняющие алгоритм ее работы.

Временные диаграммы, представленные на фиг. 2, соответствуют варианту связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения преобразователя в пятикратном диапазоне (N 5). На фиг. 2, а изображены циклограмма управляющих сигналов Uq вентиля +А преобразователя на начальной выходной частоте Р на интервале

60-120 эл.град. и соответствующая этому кривая линейного выходного напряжения преобразователя UA . Весь тактовый интервал 60-градусной продолжительности разбит при этом на. пять подинтервалов длительностью с

2N ты F до— о 3

И 2(i — 1)N

Р =F02

20, причем п+1

F„ р Р, I для нечетных п и и i=т

1

12 эл. град. каждый, покао занных на фиг. 2 дугами (абсолютная протяженность сигналов, формируемых внутри подинтервалов, показанных верхними дугами, постоянна, а длительность сигналов, синтезируемых внутри подинтервалов, обозначенных нижними дугами, изменяется в процессе регулирования частоты). В правой крайней части каждого подинтервала на указанном тактовом интервале зоны проводимости вентиля + А формируются запирающие вентили сигналы управления

N - 1

С ДЛИТИЛЬНОСТЬЮ О

9,6 эл.град, Иоментам формирования запирающих вентили импульсов на фиг.

2 и 3 соответствует нулевой уровень сигналов U а проводящему состоянию вентилей — положительное значение сигналов U+ Количество импульсов

s полуволне кривой линейного выходного напряжения преобразователя при этом в два раза превышает число сигналов управления внутри тактовых интервалов, так при варианте N = 5 на начальной частоте F полуволна лиI

0 нейного выходного напряжения состоит из десяти импульсов.

Аналогично формированию запирающих сигналов на интервале 60120 эл.град. на тактовом интервале

240-300 эл.град, осуществляется синтезирование включающих вентили сигналов управления.

Регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя при рассматриваемом способе асиммет-. ричного управления осуществляется за счет постоянной плавной вариации дпительностей пауз между сигналами управления и самих управляю щ х сигналов на близлежащих к центрам тактовых интервалов участках. Частотный диапазон работы преобразователя от частоГ разбивается при этом о на поддиапаэоны, количество которых равно И. Границами указанных поддиапаэонов являются значения выходных час-! тот, определяемые как F

2(i — 1)N

F о 2(i — 1) (2i — 3) + 1 и

+ 1 для четных и, где n-количество формируемых сигналов управления внутри тактовых интервалов, Внутри отмеченных поддиапазонов регулирование преобразователя осуществляется по двум опорным алгоритмам.

На подциапазонах регулирования, при которых F, ;» F w F. внутри

I 1+( (в крайней правой части) всех тактовых подинтервалов, начало первого и конец последнего из которых синхронизируются соответственно с началом и концом тактового интервала, формируются сигналы управления с продол1 1 1 жительностью Ф = б )

62i-1) F FN о изменение частоты (длительности тактового интервала) производится при этом за счет изменения продолжительности ближайшего с левой стороны к центру тактового интервала импульса кривой линейного выходного напряжения преобразователя, соответствующей на интервале 60-1200 центральной паузе между сигналами управления, которая в момент достижения выходной

Ц частотой значения F, уменьшается

I до нуля.

В диапазонах частот Fi â€, Р Р „ внутри (i-1)-х правых и (i — 2)-х левых от середины полупериода тактовых подинтервалов формируются сигналы управления с постоянной продолжительностью, определяемой как Я

6 центрального на тактовом интервале включающего импульса. Продолжительность ф запирающих вентили сигналов

5 управления при этом изменяется в соответствии с функциональной зависи4(i — 1)

В крайней

12Гд N(i - 1) (2i — 1) чем диапазоне преобразователя переход от одного поддиапазона регулирования к другому производится безударным методом, при помощи плавного изменения продолжительностей соответствующих сигналов управления и пауз между ними, Описанный режим управления обеспечивает при этом практическое постоянство отношения величины первой гармоники выходного напряжения преобразователя к частоте при изменении последней в широких пределах, Длительность и временное положение опорных левых ближайших к центру тактовых интервалов сигналов управления в процессе регулирования по описанному алгоритму непрерывно отождествляется (кодируется) с продолжительностью основных сигналов управления, регулируемой широтным методом, в связи с чем рассматриваемый принцип управления трехфазными преобразователями может быть определен как широтно-кодовый, При анализируемом варианте связанного широтно-кодового регулирования частоты и величины выходного напряжения преобразователя в диапазоне нечетного копичества раэ (N = 5) на первом поддиапазоне регулирования изменение (увеличение) частоты (уменьшение длительности периода) выходного сигнала производят за счет уменьшения продолжительности показанного на фиг. 2, а стрелкой левого

3р — 4 -2 -2 1

12F 5 2 5 40

F а продолжиу 1 2(i-1) (2i-3)+1

35 зависимости 9 —, 1 2р 11(° 1 ) о

1 2 2 3 + 1 1 13

6F 12F 5 2 6F 120F0

0 уменьшается с ростом частоты, дости40 гая нулевого значения на частоте

5 4

F— в2 ° 2 3+1 правой части интервала, расположенного между указанными подинтервалами, формируется сигнал управления регулируемой длительности ф н 1

6F

2(i-1) (2i — 3) + 1

12F N(— 1) путем изменео иия которой регулируется выходная частота преобразователя. Уменьшение величины ф до нуля наблюдается на

1!

I граничных частотах F, . В диапазоне

1 повышенных выходных частотпреобразователя, при NF 7 F) — F на

2N

О 3 o" каждом тактовом интервале, в ее крайней правой части, формируется по одному сигналу управления с длитель1 1 ностью ф = — —, . Ha всем рабоbF 6F N о

1 /1 1 мостью ф = 6 2i -1) (F Р N/

1 /1 1

Отмеченный процесс

30 lF >F,i продолжается до момента достижения выходнои частотой преобразователя

N N 2(i 1) значения F = F

5 2(3 — 1) 20

Г = — F при котором

02 2 5 — 1 19 0 длительность указанного вкпючающего импульса уменьшается до нуля (фиг. 2,б).

На следующем подинтервале регулирования (фиг. 2,б,в) длительность ф

l всех сигналов управления, за исключением центрального, остается неизменной и равной (4(i — 1)2

12F N(i — 1) (2i — 1)

0 тельность центрального сигнала управления определяется из функциональной

F = F

2(i-1) N

ИГ- 111 -)

20 — F (фиг. 2,г).

13 о

На очередном поддиапаэоие работы преобразователя, наблюдаемом в диапа20 II зоне частот от F = - — Г до F

9 13 2 а 2

Г = 2ГР и хаиактеаияуюиемея уменьшенным на единицу значением индекса i (i = 2), регулирование частоты осуществляется, как и на первом поддиапазоне, за счет уменьшения продолжительности показанного на фиг. 2,г.д стрелкой левого центрального включающего вентили импульса при синхронном изменении (уменьшении) 1646030 продолжи тельнос ти включающих сигна- лов управления. Граница этого режима отображена на фиг. 2,е.

Дальнейшее изменение левого от центра тактового интервала сигнала управления производится в соответствии с зависимостью Я р 1 2+1

6Р 12» 5F

1 1 а при неизменной длитель- 10

6F 20F о ности второго сигнала, равной ф

4-1 . 1

3 5 ° 12Р 45 продолжается до момента достижения частотой значения F = F—

2 5

Z о 2+1

10 — F, при которой величина уменьt5

20 шается до нуля (фиг, 2,и).

1 ZN

Начиная с частоты Р = — F и до

2. 3 номинальной выходной частоты преобразователя ИГО, на тактовом интервале, 25 в его крайнеи правой части, генерируется один управляющий сигнал, продолжительностью которого уменьшается при увеличении частоты в соответствий

1 1

30 с зависимостью ф = — — — и до6F 6F,N стигает нуля на номинальной выходной частоте преобразователя (фиг. 2,к).

Величина выходного напряжения инвертора достигает при этом своего .максимального значения.

Гармонический состав кривой выходного напряжения преобразователя в диапазоне средних и повышенных выход- 40 ных частот может быть улучшен за счет плавного перехода от несимметричного режима управления к симметричному. Этот процесс иллюстрируется временными диаграммами, построенны- 45 ми на фиг. 3. Начиная с частоты F =

II

2N

= — F при которой внутри такто5 о вого интервала формируется два нерав-.,50 нопротяженных сигнала управления (фиг, З,а), продолжительность правого из указанных сигналов видоизменяют в соответствии с зависимостью яш=

5 2F 55

= — — (1 - — ), а длительность

12Р@1 1 1Ро левого на тактовом интервале сигнала управления, центр которого синхронизируется с границей левого тактового подинтервала, сохраняют постоянной

1 и равной = 6 . указанный проо цесс продолжается до частоты, равной

N значению — F на которой продолжи0 тельность правого сигнала управления уменьшается до нуля (фиг. З,в), что соответствует моменту перехода от несимметричного режима к симметричному, в полуволне выходного напряжения преобразователя начинает формироваться по три выходных импульса вместо четырех, причем продолжительность центрального на полупроводе импульса в два раза превышает длительность крайних.

Дальнейшее увеличение выходной частоты преобразователя сопровождается последовательным уменьшением единственного на тактовом интервале сиГнала управления по зависимости ф = — — — (фиг. З,г) вплоть до

1 1

6F 6Р N нулевого значения Я, наблюдаемого на номинальной выходной частоте преобразователя NF (фиг.З,д).

Принцип построения систем управления вертикального типа, реализующих описанный способ управления, рассмотрим на примере устройства, функциональная схема которого приведена на фиг. 4. Генератор тактовых импульсов 1, на вход которого поступает аналоговый сигнал задания частоты Б, формирует последовательность коротких импульсов, частота следования которых на всем диапазоне регулирования в 12 раз превышает выходную частоту инвертора, и которые, поступая на вход генератора линейноизменяющегося напряжения 2, синхронизируют его работу, благодаря чему на выходе генератора 2 формируется симметричное пилообразное напряжение развертки шестикратной по сравнению с выходным сигналом инвертора частоты. Источник опорного напряжения 3 связан с плюсовым входом суммирующего усилителя 4 с коэффициентом передачи, равным 0,5, на минусовой вход которого приходит сигнал с выхода интегратора 5. Выход усилителя 4 присоединен ко входам сумматоров 6, 7 и

8, кроме того, связаны между собой соответственно выходы сумматоров 6, 1646030

7 и 9 и входы сумматоров 7, 9 и 8, а на входы сумматоров 6 и 9 поступает выходной сигнал интегратора 5.

Выход генератора развертки 2 свлзан5 с первыми входами компараторов 10-14, на вторые входы которых приходят сигналы соответственно с усилителя 4 и сумматоров 6-9. На выходах всех компараторов включены формирующие t 0 цепи, состоящие, как показано применительно к компаратору 10, из логического инвертора 15 и дифференциаторов (дифференцирующих цепей) 16 и 17, Формирующих короткие однополярные ии- t5, пульсы в моменты равенства сигналов на входах компараторов 10-14, которые через дизъюнктор 18 последовательно поступают на вход счетного триггера t9 и вызывают его периодическое . 20 срабатывание. Выход триггера 19 связан со входами логического распреде-! лителя управляющих импульсов 20 и блока определения суммарной длительности выходных импульсов 21. На

25 входе блока 21 включен конденсатор

22, выделяющий постоянную составляющую последовательности импульсов с выхода триггера 19, Напряжение конденсатора 22 поступает далее 30 на делитель 23, в котором осуществляется его деление на аналоговый сигнал задания выходной частоты У в результате чего на выходе блока

21 в соответствующем масштабе формируется напряжение, пропорциональное суммарной наполупериоде длительности выходных иипульсов. Этот сигнал поступает на минусовой вход интегратора 5, плюсовой вход которого 40 связан с источником постоянного опорного напряжения 3. Выход узла 17 подключен ко входу трехраэрядного регистра 24, выходы которого присоединены к тактовым входам распредели- 45 теля 20.

На фиг. 5 представлены вреиенные диаграммы, поясняющие принцип действия системы управления. Индексы сигналов на фиг. 5 при этом соответствуют нумерации узлов и блоков системы, приведенной на фиг. 4. Амплитуда развертывающего сигнала Ug генератора 2 уменьшается пропорционально росту выходной частоты преобразователя. Выбор напряжения источника 3 производится в соответствии г моке су "овиеи УЗ= И - S = UZMAKe j где U

< мокс

- максимальная амплитуда сигнала У, наблюдаемая на начальной выходной часто ге преобразователя, Величина сигнала U> определяется при этом .продолжительность тактовых подинтервалов. Амплитуда сигнала на выходе интегратора 5 пропорциональна длительности основных выходных импульсов кривой выходного напряжения, а разностный сигнал на выходе усилителя 4 пропорционален половинной продолжительности основных сигналов управления. При этом в моменты равенства сигналов U< и U4 в системе вырабатываются команды на формирование ближних к краям и к центру полу- периода фронтов выходных импульсов.

На выходах сумматора 6-9 в соответствии с приведенной схеиой их соединения синтезируются сигналы, определяющие моменты формирования остальных фронтов импульсов кривой выходного напряжения преобразователя. Контур внутренней обратной связи системы, включающий узлы н блоки

19, 21-23 и 5, обеспечивает на всем диапазоне регулирования непрерывное, осуществляемое по астатическоиу принципу, формирование корректирующего сигнала, поступающего на входы сумма- ° торов 6-9 и автоматически поддерживающего постоянство суммарной вольтсекундной площади выходных импульсов на полупериоде в процессе изменения выходной частоты. В этом случае производится автоматическая реализация представленных в первой части описания функциональных зависимостей между продолмительностяии сигналов управления, их временным поломениеи и значениями выходной частоты преобразователя, а такие автоматический переход от одного поддиапазона регулирования к другому, наблюдаеиый на граничных частотах.

Благодаря приведенному включению трехразрядного регистра 24, вход которого связан с выходок компаратора 10 через дифференциатор 17, обеспечивается требуемая асимметрия закона формирования управляющих сигналов. Выраиеиные в цифровой форме состояния выходных разрядов ф < регистра 24 на периоде выходной частоты записываются соответственно как

100, 001, 000, 101 110, 111. Логические функции, реализуемые распре1646030

12 делителем 20 и поступающие в форме управляющих сигналов на вентили инвертора, при этом имеют следующий вид:

- А = Q

Q1Q (1(2 (1 1Я ((Р3 9>

+ С Q Q3+ Q У 9+ QEU19

35

1. Способ управления трехфазным преобразователем с широтно-кодовым регулированием, заключающийся в том, что в процессе N-кратного связанного регулирования частоты и величины 4Р выходного напряжения вентили разных фаэ преобразователя периодически включают и выключают с взаимным фаэовым сдвигом в 60 эл.град., при этом для каждого вентиля в течение 45 одного полупериода от О до 180 эл.град. формируют зону проводимости, в течение другого полупериада от 180 до

360 эл.град. формируют зону закрытого состояния, внутри тактовых интервалов проводимости от 60 до

120 эл.град. и тактовых интервалов закрытого состояния вентилей от 240 до 300 эл град формируют соответственно сигналы выключения и включения вентилей (сигналы управления), количество которых последовательно уменьшается с ростом выходной частоты преобразователя F, причем на на 1альТаким образом, предложенный способ широтно-кодового регулирования выходного напряжения преобразователя на базе инвертора напряжения, при котором на всем диапазоне связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения производится процесс непрерывного отождествления (кодирования) продолжительности и временного положения опорных сигналов управления с длительностью основных сигналов управления и со значением выходной частоты, позволяет обеспечить плавный безударный переход от 25 одного поддиапазона регулирования к другому и улучшить тем самым качество процесса регулирования преобразоватсля. Средняя частота коммутации вентилей преобразователя в процессе широкодиапазонного регулирования при этом близка к постоянному значению.

Формул а изобретения ной выходной частоте тактовые интервалы разбивают на N подинтервалов одинаковой на всем диапазоне регули-

1 рования длительности, равной о в крайней пра вой час ти каждо г о и э которых на всем диапазоне регулирования формируют сигналы управления с начальной продолжительностью

N-1 о тли чающи йс я о тем, что, с целью повышения качества процесса регулирования, в диапазоне

2N частот F - — F начало каждого о 3 о первого и конец каждого последнего тактового подинтервала синхронизируют с началом и концом соответствующего тактового интвервала, формирование каждого i-ro по направлению от конца к середине тактового интервала сигнала управления (каждого (i-1)-ro от начала тактового интервала сигнала) осуществляют при изменении выходной частоты преобраэова2 (i-1) N теляотР доГ, =Г

1 причем при изменении выходной частоП 2(i-1)N ты от Ро до Г, — Р 22l212i l - внутри каждого тактового подинтервала формируют сигнал управления с дли1 1 1 тельностью ф

62i1 Р Гон

I и при F ) F F. внутри (i-1)-х npai вых и (i-2)-х левых от середины попупериода тактовьи подинтервалов синтезируют сигналы управления с длитель1 4(i-1) ностью ф

1 в крайней правой части интервала, расположенного между указанными подинтервалами, формируют сигнал управления

ll 1 с продолжительностью ф

6F (2i-1) (2i-3) + 1

12 (1) а в диапазоне

120 N(i — 1 о

2N частот — F - NF в правой крайней

3 О о части тактовьи интервалов генерируют по одному сигналу управления с дли1 1 тельностью Я = — - —

6F 6 N

1646030

2. Способ по п. 1, о т л н ч а ю шийся тем, что в диапазоне выходных частот преобразователя

2N N — F — — F середину левого на так5 2 о товом интервале сигнала управления синхронизируют с границей левого тактового подинтервала, продолжительность его принимают равной ф (1

6Г Н в длительность правого сиг

Г,Н нала управления определяют в соответствии с функциональной зависимостью (а 5 2F, 5 (1 — — ), а в диапазоне

2Го N о

N выходных частот — F - NF в середине е е каждого тактового интервала формируют по одному сигналу управления с

1 продолзительностью ф—

6Г 6Г И

1646030 а)

АР яв

1646030

Составитель О. Парфенова

Техред Л.Олийнык Корректор Н. Ренская

Редактор E. Зубиетова

Тираж 392

Заказ 1554

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