Способ управления трехфазным автономным инвертором

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями с широтно-импупьсной модуляцией. Цель изобретения - улучшение качества проведения пускового режима инвертора. Задавая частоту работы инвертора от пусковой максимальной, формируютуправляющие импульсы управления тиристорами инвертора так, что пуск инвертора осуществляют со 150-градусного режима работы с плавным изменением числа модулирующих импульсов вплоть до перехода на 180-градусный режим. Это позволяет поддерживать частоту коммутации, близкой к постоянному значению, а также безударный переход от одного поддиапазона к другому. 6 ил,

СОГОЗ СОВЕТСКИХ социдлистических

РЕСПУБЛИК

<я>.", Н 02 M 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4610434/07 (22) 30.11.88 (46) 23.10.91. Бюл. ¹ 39 (71) Отдел энергетической кибернетики АН

МССР (72) В. И. Олещук (53) 621,316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1179500, кл. Н 02 M 7/42, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1169119, кл. Н 02 M 7/44, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управлеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями с широтноимпульсной модуляцией.

Целью изобретения является улучшение качества проведения пускового режима инвертора, осуществляемое путем безударного перехода от одного поддиапазона пускового режима к другому с последующим плавным выходом на номинальный режим работы.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы, показывающие порядок подачи управляющих импульсов и форму линейного

Одв и фазного U o напряжений преобразователя на пусковой частоте F (внутри тактовых интервалов при частоте F формируется по 8 управляющих импульсов, значения индексов К и N при этом соответственно равны ,2 и 4); на фиг. 2 и 3 — аналогичные диаграмдь . . ао 1 686664 А 1 ния преобразователями с широтно-импульсной модуляцией. Цель изобретения — улучшение качества проведения пускового режима инвертора. Задавая частоту работы инвертора от пусковой максимальной. форл ируютуправляющие импульсы управления тиристорами инвертора так, что пуск инверторэ осуществляют со 150-градусного режима работы с плавным изменением числа модулирующих импульсов вплоть до перехода на 180-градусный режим. Это позволяет поддерживать частоту коммутации, близкой к постоянному значению, а также безударный переход от одного поддиапазона к другому, 6 ил, мы, соответс-вующие значениям выходной частоты F=F 1 и Г=КРп=2ЕП (изображенные сигналы соответствуют включающим импульсам, подаваемым на вентили катодной и анодной группы преобразователя ч А, + В, С); на фиг.4 — регулировочная характеристика преобразователя с предложенным алгоритмом управления процессом пуска; на фиг. 5 — структурная схема устройства управления; на фиг, 6 — диаграмма напряжения на основных узлах этой c>.емы.

На пусковой выходной частоте преобразователя (фиг, 1) тактовые интервалы от 60 до 120 эл. град. и or 240 до 300 эл. град. разбиты на 8 интервалов равной длительности, внутри и посередине каждого из которых формируются управляющие импульсы, имеющие начальную продолжительностЬ

1686664

24КNFn 24 2 4Fn 64Fn (здесь I=K половинное количество импульсов управления внутри каждой половины тактового интервала). На участках 0 — 15О и

165-180О на пусковой частоте включающие импульсы на вентили не подаются, благодаря чему кривые фазного и линейного напряжений имеют характерную трех- и двухступенчатую форму с незначительными амплитудами пятой и седьмой гармоник спектра, что способствует снижению пульсаций момента вращения при пуске и уменьшению пусковых потерь мощности.

Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя в пусковом режиме осуществляется при постоянстве средней на полупериоде величины выходного напряжения 0 (фиг. 4), имеющего на пусковой частоте Fn заметно завышенное по сравнению с номинальным значение, что, как известно, повышает надежность процесса пуска. Абсолютные суммарные на тактовом интервале продолжительности выходных импульсов 5» и запирающих сигналов управления Лу находятся из соот1 . N-1 ношений Яеых — „иЛу — „Р (соответствующие кривые на фиг. 4). При этом изменение выходной частоты сопровождается постоянной вариацией соответствующих продолжительностей импульсов управления, абсолютное положение середин которых по отношению к границам и к середине тактовых интервалов остается неизмененным. Одновременно пропорционально с ростом частоты уменьшается интервал непроводящего состояния вентилей, формируемый на границах зоны проводимости, продолжительность которого на частоте KFn-2Fn уменьшается до нуля.

Соответственно на частоте 2Fn зона проводимости каждого вентиля достигает

180 зл, град., что обеспечивает постоянство структуры силовой схемы инвертора и позволяет производить дальнейшее регулирование преобразователя в соответствии с выбранным опорным законом частотного управления. Форма кривых выходного напряжения инвертора при увеличении часто-. ты от Fn до KFn плавно видоизменяется путем плавного изменения местоположения крайних фронтов выходных импульсов, расположенных на границах тактовых подинтервалов, показанных стрелками на фиг.

1И2.

Иа первом поддиапазоне пускового режима инвертора, в диапазоне частот от Fn до F"""

К (N 21 — 1} + 1 }

4 l (2 i — 1) 4 2 3

1 — Fn изменение продолжительностей

5 сигналов управления производят в соотN — 1 ветствии с зависимостью Л =

4 2 4 Р- 4-„-что означает постоян- .

10 ство на данном интервале относительной длительности указанных импульсов, выраженной в эл. град, Относительные местоположения середин всех восьми сигналов управления определяются из соотношений

" С1 =60(1+ ), С2 =60(1+ ), 16 Еп 16 Еп

Сз =60(1,5 ), С =60(1,5 „), и 16 Рп

20 C5=60(15+ " ),Се=60(1,5+ " ), 16 Еп

П

С7 =60(2 — „). Сэ =60(2 ), "6 Еп 16 Еп эл. град.

В момент достижения выходной часто25 той инвертора значения F" (фиг. 2) в центрах каждой половины тактового интервала с координатами 75 и 105 наблюдается слияние пар смежных сигналов управления в один

Ц импульс удвоенной длительности А, Дальнейшее увеличение пусковой частоты осуществляется при последовательном уменьшении продолжительности этих сигналов в. соответствии с зависимостью

35 n 1

12 Š3 Fn K N (N (2 1 — 1 ) + 1 )

1 3 5 1 5

12F 3 2 4 13Fn 12F 104Рп одновременно изменяются также и длительности Х остальных сигналов управления по соотношению

1 21 — 1 N i — 1+1

45 6 К „(— 1)(N(2 — 1)+1)

24FN(i — 1)

24 4F 208Fn 96F печивается постоянство выходного напряжения инвертора в процессе пуска, Отмеченный поддиапазон управления продолжается до тех пор, пока продолжиII тельность Асигналов управления с центрами в 75 и 105 эл. град. не уменьшится до нуля, что наблюдается на частоте F =

1oG6664!! K (N (2 1 — 1 } +) } 2 4 (4 3 - 1 }

4(2jÖN(j- )+11 4 3 (4+1)

11

1 15 Р

После этого. при KF()>F>F <, при кото- 5 ром )=1, внутри каждого тактового интервала формируется по четыре импульса управN — 1 . 4

24jЯ

3 1 10 — На частоте F=KF((=2F(, (частоте завершения пускового режима, см. фиг. 3) (, — ., а координаты середин

1 и импульсов управления соответствуют зна- 15 чениям С(=.60 (1+1/8)=67,5 эл. град., С2= 60х х (1,5 — 1/8) = 82,5 эл. град., С3= 60(1,5+1/8) =- 97,5 эл. град., Сл=60(2 — 1/8)=112,5 эл. град. Кривые линейного и фазного выходного напряжений при этом соответствуют стандартной 20 форме напряжения преобразователя со

180-градусным алгоритмом управления, характеризу(ащейся полной инвариантностью к изменениям параметров нагрузки.

Дальнейшее N-кратное связанное регули- 25 рование величины и частоты напряжения инвертара осуществляется в соответствии с выбранным опорным законом частотного управления, Величина выходного напряжения в рас- 30 смОтреннОм пусковом режиме, может, в зависимости от типа нагрузки, изменяться по другим зависимостям. Так, на фиг. 4 пунктиром изображено изменение величины выходного напряжения, проводимое в са- 35

U ответстнии с зависимостью - = const .

УF

Для рассмотренного варианта проведения процесса пуска, при К=2, величина напряжения U на пусковой частоте Fn должна 40 быть снижена в 2 раз по сравнению с ранее рассмотренным случаем.

Принцип построения систем управления, реализующих описанный способ, рассмотрим на примере аналоговой структуры 45 устройства управления, поиведенного на фиг. 5. Временные диаграммы, поясняющие алгоритм функционирования схемы, приведены на фиг. 6. При этом нумерации блоков на фиг. 5 соответствуют такие же индексы 50 на эпюрах выходных напряжений блоков и узлов на фиг. 6, Для определенности принято, что устройство реализует пусковой алгоритм, соответствующий К=2, для упрощения принята, что N также равно двум. 55

Временные диаграммы, построенные на фиг. 6, соответствуют пусковой (начальной) частоте преобразователя F>, Генератор

1 тактовых импульсов, задающий выходную частагу инвертара, падает с двух своих ныхОдОВ последовательное) и TBi toBb)} ((M пульсон на генераторы 2 и,> )ил }Обрезного напряже(н(я, пои -(ем частгт» следанэния импульсан, поступающих на генсратар 2, в

12 раз превышает выходную частоту инвертора, а часта(а тактовых им) ульсан нг другам выходе генератора 1 н 24 раза больше выходной (астаты. В общем случае частота импульсов на входе генератора 3 B К раз больше, чем на входе генератора 2. Саатнетстне((но амплитуда симметричного пилообразного сигнала U3 генератора 3 нэ всем диагазане B два раза меньше амплитуды сигнала U генератора 2, а крутизна указанных сигналов идентична. Амплитуды сигналан 02 и 03фиксируются соответствующими датчиками 4 и 5 амплитуды. Напряжение датчика 4 инвертируется инвертарам 6, а также поступает на минусовой вход сумматора 7, плюсовой вход которого связан с выходом генератора 2.

В основе функционирования устройстBB лежит вертикальный принцип управления. В ко -;паратарах 8 — 10 осуществляется непрерывное сопротивление текущих значений напряжения развертки 03(или Uz npu

F>KFB, положение всех ключей на фиг. 5 соответствует пусковой частоте — F)), с опорными сигналами, поступающими с выходов сумматоров 11 и 12, а также, при

F>KFn, G вь(хада сумматора 13. В моменты равенства указанных напряжений кампараторами 8-10 нь|рабатываются короткие однапалярные командные сигналы на формирование франтов выходных импульсов, которые через элемент ИЛИ 14 поступает на вход счетного триггера 15 и, затем, на ВхОд лагическага распрсделителя управля(агцих импульсов 16. Выбор амплитуд сигналон источников 17 и 18 опорного напряжения при этом производится из саатнаШЕИ((й:017= 03МаКс 0(В = 03(4aKC/2K=03!(aKC/4(ГДЕ 03 aKC — МаКСИМаЛЬНаЯ аМПЛИтУДа СИГНала 03, наблюдаемая на пусковой частоте Fn.

С целью повышения уровня пускового напряжения HB интервале пуска выход датчика

5 через усилитель 19, коэффициент передачи которого раьен 1/К, подключен к входу сумматора 20, к второму минусанаму входу которого присоединен выход сумматора 21(, выходной сигнал которого пропорционален суммарной продолжительности выходных импульсов BH),:tðè каждого из 30-(радусных интервалан периода выходной частоты.

Процесс увеличения выходной частоты инвертара н пусковом режиме сопровождается пропорциональным синхронным снижением амплитуд сигналов развертки Uz u ((3, а такзхе абсолютной вели-(ины а(рица1686664

+В=010204022+010204+010203+0102

" Q3U22+Q2U 15+ Q20304U15

+6M1Q2g304+Q102Q3Q4U22+Q1G203U22+ 50

+01(.»203+02015+03U15.

Таким образом, предложенный способ управления позволяет существенно улучшить качество протекания процесса пуска лреобразовэтеля, нагруженного на эсинх- 55 ронный электродвигатель, как зэ счет плавного безударного перехода от одного поддиэпэзона управления к другому, так и за счет последовательного постепенного переходе к режиму 180-градусного упрэвпетельного сигнала Ит на выходе блока 7, который сопостэвляется в компэрэторе 22 с напряжением U23 блока 23 отрицательной полярности, при этом U23= — U3 «<, Сигнал

U22 на выходе компаратора 22 показан на фиг, 6, продолжительность положительных импульсов напряжения U22 при этом пропорциональна величине д интервалое закрытого состояния вентилей внутри зон проводимости и уменьшается с ростом выходной частоты, достигал нуля нэ частоте.

Г=к)=,. Этот момент фиксируется схемой 24 сравнения, вырабатывающей команду на изменение состояния ключей 25-27, При этом в компэраторэх 9 и 10 осуществляется сравнение сигнала развертки U2 с напряжениями U12 и 013=04-U12 Нэ вход сумматора

20 внутреннего регулятора системы начинает поступать постоянный сигнал источника

28 (U25= U3 i«c/2N ), что в дэльнейшем соответствует режиму регулирования с постоянством отношения величины напряжения к частоте.

При помощи схемы 29 сравнения, управляющей рэботой ключей 30 и 31 и связанной по входу с выходами датчика амплитуды пилы 5 и сумматора 11, в системе в момент равенства амплитуд сигналов U3 и

U11 автоматически фиксируется граничная частота F", при которой уменьшаются до нуля продолжительности выходных импульсов, формируемых в серединах 30-градусных интервалов. Порядок формирования управляющих импульсов на вентили инвертора задается алгоритмом работы четырехразрядного регистра 32, выраженные в цифровой форме состояния выходов

Q4Q302Q1 которого нэ периоде выходной частоты записываются соответственно кэк

1000, 1001. 0010, 0011, 0000, 0001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111. Логические функции, реализуемые распределителем 16 и поступающие в виде последовательности управляющих импульсов нэ вентили силовой схемы, при этом имеют следующий еид: +=010203Q4+Q10203U22+01G203+0102

03622+ОН15+03015:

8 ния ключами инверторэ, обеспечивающему независимость формы кривой выходного напряжения от параметров нагрузки. Это благоприятно сказывается нэ характере протекания пусковых переходных процессов кэк е преобразователе, так и в нагрузке — асинхронном электродвигателе. Средняя частота коммутации вентилей силовой схемы инвертора при этом близка к постоянному . значению, что способствует номинальной электромагнитной загрузке вентилей и реактивных элементов силовых цепей преобразователя.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным автономным инвертором с К.N-кратным диапазоном регулирования частоты и величины выходного напряжения, заключающийся в том, что формируют протиеофазные управляющие сигналы для управления энодными и кэтодными вентилями кэждой из фаз с заданной частотой, а для энодной и катодной группы основных вентилей разных фэз управляющие сигналы сдвигают на 60 эл. град„дпя каждого из основных вентилей модулируют управляющий сигнал на тактовых интервэлэх от 60 до 120 эл. град. и от

240 до 300 зл. град, при этом число управляющих импульсов нэ этих интервалах с ростом частоты F уменьшают, э нэ пусковой выходной частоте F() наибольшая длительность управляющих сигналов составляет нэ половине периода 150 эл. град., о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества проведения пускового режима инвер- торэ, нагруженного на асинхронный двигатель, в процессе пуска в диапазоне частот Р)) — КР,), продолжительность паузы д, формируемой s середине интервала от 150 до

180 эл. град„изменяют в соответствии с соF — F отношением д = 15(1 — " ) эл. (к — 1)г грэд., относительные месторасположения середины каждого 1-го от границ и от середины тактовых интервалов управляющих импульсов (1=1, 2„., К) определяют по соответствующим функционэльным зэеисимОстям, с, =в))(< + : — -)-) п 2К с(=60(),5 -"-(2 -Р )

Fï 2К

F 21 — 1

С» = 60 l 2 — )эл. град„рэсполэF() 2 К гэя их симметрично, формирование каждого

1-го упрэвляющего импульса осуществляют

1686664

10 при изменении выходной частоты инвертоК N 2i — 1 +1) ра от F до Р=Р1

4 (2!-1 ), причем при изменении выходной частоты от Рл до F =Fn - внутри каж4!(2 — 1) дой четверти тактовых интервалов формируют по управляющих .импульсов с

N — 1 длительностью л, =,, при F > F> Е"

24! М внутри каждой четверти тактовых интервалов формируют по I — 1 управляющих импульсов с длительностью

21 -1 N 1 - 1} ++1)1

6F. K N(! — 1)(N(2 I — 1)+13

24 !ц 1 ), а !-й импульс у р в

24МР i — 1 ния продолжительностью

> 1 21 — 1 N I — 1+1)

12 F 3 F11 К N (N (2 I — 1 ) + 1 )

10 формируют в серединах каждой половины тактовых интервалов.

Я =NFL)

Ф у б8

Ол

N g

1686664

1686664

/ /

/ и л, /

II 10IO ЛЮ ОО О ПП 1 ОООО ОРО

Составитель В. Гордеев

Редактор В, Бугренкова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M. Демчик

Заказ 3609 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

/Og

/

/