Способ управления преобразователем с широтно-кодовым регулированием

 

Сущность изобретения способ управления заключается в периодическом включении и выключении с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл град основных вентилей трехфазного мостового преобразователя. Зоны проводимости и открытого состояния вентилей составляют по 180 эл фад Внутри крайних тактовых интервалов 60 градусных продолжительностей каждой зоны управле ния формируются модул ирующие стналы управления, количество которых внутри каждого упомянутого тактового интервала на начальной выходной частоте Е0 равно U В диапазоне выходных частот преобразователя Fo-U/2 F0 в центральной части упомянутых тактовых интервалов формируют дополнительные модулирующие сигналы управления с продолжительностью в 12 эл град Связанное регулирование частоты и величины напряжения по экономическому закону U/F- const осуществляется при этом за счет непрерывной поэтапной вариации длительностей крайних на 24-градусных участках основных и модулирующих сигналов упоавления в функции текущей и начальной выходных частот, величины диапазона регулирования и амплитуды питающего напряжения 4 ил (Л С

СОГОЗ СО(ЗЕТГ-КИХ

СОЦИЛЛИС ТИ IГ СКИХ

PI: CIlYf лИК

IcI >s t1 02 M 7/48

ГОС УДАР СТ Б Г ННЫ Й КОМИ <Т- Т

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРБ<ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ы С (>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4897388/07 (22) 29.12.90 (46) 23.08.92. Бюл. 1+ 31 (71) Отдел энергетической кибернетики АН

CCP Молдова (72) В.И. Олещук (56) Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием.-M,: Энергия,1977 У2-1, Авторское свидетельство СССР N.

1361692, кл, Н 02 M 7/48, 1987. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ С ШИРОТНО-КОДОВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ (57) Сущность изобретения: способ управления заключается в периодическом включении и вьгключвнии с взаимным фазовым сдвиго<У< в 60 эл. град основных вентилей трехфазного мостового преобразователя.

Зоны проводимости и открытого состоянйя вентилей составляют по 180 эл. град. Внутри

Изобретение относится к силовой электронике и может бь<ть использовано при управлении вентильными преобразователями, питающими индивидуальные или групповые системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода.

Известны алгоритмы 120- и 150-градусного управления трехфазными мостовыми преобразователями, обеспе <ивающие сравнительно хороший гармонический состав кривой выходного сигнала, форма которой однако в этих случаях существенно зависит от характера и пара<летров нагрузки, что ограничивает широкое применение подобных алгоритмов управления в преобразо- вателях для электропривода.... SU, 1757063 А1 крайних тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей каждои зоны управления формируются модулирующие сигналы управления, количество которых внутри каждого упомянутого тактового интервала на начальной выходной частоте F< равно U.

В диапазоне выходных частот преобразователя Ео-<..

Известен также инвариантный к параметрам нагрузки способ 180-градусного управления трехфазным мостовым преобразователем, характерной особенностью которого является то, что модулирующие управляющие сйгналы, количество и продолжительность которь<х определяет величину выходного напряжения преобразователя, формируются внутри крайних тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей (в общем случае нэ начальной частоте F< формируется внутри соответствующих подинтервалов и сигналов). входящих в состав положительного полупериода проводимости каждого вентиля и о1рицательного полупериода закрытого состояния.

1757063

Однако при широкодиапазонном регулировании выходной частоты преобразователя последовательное изменение количества выходных импульсов в полуволне выходного напряжения осуществляется 5 дискретным путем и приводит к появлению нежелательных бросков тока в силовых цепях в моменты перехода от одного поддиапазона регулирования к другому.

Целью изобретения является повыше- 10 ние качества процесса регулирования преобразователя зэ счет плавной безударной вариации формы выходного напряжения в ходе связанного регулирования частоты F u величины выходного напряжения по закону 15 постоянства отношения величины напряжения к частоте в диапазоне выходных частот

Гоп Е ° тбе, При управлении по способу, при кото- 20 ром основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в

60 эл. град в последовательности +А, -С, +В, -А, +С, -В, прц этом для каждого вентиля 25 формируют положительные полупериоды проводимости и отрицательные полупериоды закрытого состояния, каждый из которых состоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, внутрй край- ЗО них на полупериодах тактовых интервалов формируют модулирующие сигналы (импульсы) управления, продолжительность Которых определяет величину выходного напряжения преобразователя, причем íà 35 начальной выходной частоте Fy тактовые интервалы разбивают на четное количество

:. подинтервалов, в диапазоне частот и Е Fp

Fp „ 2 Е в центрах указанных тэктоЯ. вых интервалов формируют разноименные с соответствующим полупериодом дополнительные сигналы управления с продолжительностью 1/30F, длительность тактовых подинтервалов определяют как 0,8/6Г,п, а 45 формирование модулирующих сигналов управления осуществляют в серединах тактовых подинтервалов, середины крайних на интервалах 24-градусных участков синхронизируют с серединой соответствующего центрального на половине тактового интервала тактового подинтервала (при нечетной величине и/2) или с концом и началом соответствующих центральных на 24-градусных участках тактовых подинтервалов (при чет ном значении n/?), при этом на частотных поддиэпазпнах F;:F -. F, внутри указанных 24-градусных участков формируют по I модулирукхцих сигналов управления с длительностью Я =- —,ф (— ) нэ час

0,8 1 2 Е

Гоп Е тотных поддиапазонах на краях 24-градусных участков формируют сигналы управления с длительностью (08 . 08 (i — 2+/ i — 1}Е +08 Е, 24F 12 Гоп Е(Т вЂ” — 1) а продолжительность остальных (i-2) и сигналов управления определяют в соответствии с зависимостью значения граничных частот, переходных от одного поддиапазона регулирования к другому (F i > F i), находят как

+ в диапэзо; е выходных частот преобразоваи Е Го п Е Fp теля — — — — —, в центрах тактовых

2Ео 1,6Ео йнтервалов синтезируют по одному модулирующему сигналу управления с длительностью

1 1,6 Ео зг пЕГо где Е и Ео — соответственно текущая и минимальная (номинальная) амплитуды питающего преобразователя напряжения.

На фиг. 1 приведена схема основных силовых соединений трехфазного мостового преобразователя, выполненного на полностью управляемых вентилях; на фиг, 2 — . временные диаграммы, иллюстрирующие алгбритмы формирования управляющих сигналов и кривой линейного выходного напряжения преобразователя; на фиг. 3 — функциональная схема системы управления преобразователем; на фиг. 4 — временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу.

Временная диаграмма (фиг. 2а) показывает форму управляющего сигнала U, синтезируемого в течение положительного полупериода проводимости вентиля +А на начальной выходной частоте Fo Ниже построена соответствующая кривая линейного выходного напряжения преобразователя

БАБ, В соответствии с алгоритмом формирования управляющих сигналов по предлагаемому способу для каждого вентиля на всем диапазоне регулирования положительный полупериод проводимости и отрицательный полупериод закрытого состояния разбиваются на три равных тактовых интервала продолжительностью 60 л. град каждый. При этом формирование модулирующих сигна5

1757Г63

6 лов управления, разноименных с соответствующим полупериодом управления, от продолжительности которых зависит величина выходного напряжения преобразователя, осуществляется (фиг. 2а) внутри крайних 5 тактовых интервалов каждого полупериода;

Специфической особенностью сйособэ управления является наличие на большей части диапазона регулировайия в середи- 10 нах тактовых интервалов дополнительных

12-градусных сигналов управления, разноименных с соответствующим полупериодом. Оставшийся 48-градусный участок внутри каждого тактового интервала, состо- 15 ящий иэ двух симметричных частей. разбивают на начальной частоте Ро на и отрезков (поди нтервалов) с дл ител ьн остью, равной

48/и эл. град (фиг. 2, кривые соответствуют варианту n=8). В середине каждого иэ отме- 20 ченных снизу дугами тактового подинтервэ- па формируются модул ирующие управляющие сигналы, количество которых на начальной частоте внутри каждой половины тактового интервала равно n/2. 25

Общий диапазон связанного регулиро- вания величины и частоты выходного напряжения преобразователя по экономичному закону с постоянством отношения величи- .. ны напряжения к частоте для способа с:уче- 30 том фп юктуации пита ю щего напряжения составляет

Р РОПЕ

1,6Ео где Е и Ео — соответственно текущая и 35 минимальная (базовая) амплитуды питающего напряжения.

При этом в диапазоне частот Го и Е Fo регулирование выходной частоты 40

Ео осуществляется за счет непрерывной. поэтапной вариации продолжительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых по краям каждого 24-градусного участка соответствующих тактовых интервалов. Процесс регулирования при этом проходит двухэтапно по двум основным опорным алгоритмам, при этом граничные значения чэстст, переходных от одного поддиапазона регулирования к дру- 50 гому, определяются как

) Fan Е(i — 1)

2 ii — T) 7 Е, Роп Е(i — 1) = цтл тг-т я т причем F, > F i — количество формируемых внутри указанных участков модулирующих сигналов управления. При этом середины

24-градусных участков синхронизируются c серединой соответствующего централ ьного так1ового подинтервапа (при нечетной величине N) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подинтервлпов (при четном значении N).

На поддиапаэонах регулирования, на которых F 1 > F> F >.z. продолжительность модулирующих сигналов управления определяется как

08 1 2Е

12i(F Р„п Е ) (подобным поддиапазонам соответствуют кривые, построенные на фиг. 2э, в). Внутри поддиапазонов регулирования, соответствующих выходным частотам F >

> F»Г;, по краям 24-градусных участков формируются модулирующие сигналы управления с переменной длительностью

0,8 0,8 (i — 1 i. — 2 )E + 0,8 Ео

24 F 12 Ро и E(l — 1) а продолжительность Хостальных (i-2)-и модулирующих сигналов при этом равна (фиг.

26)

0,8 (ii - 1) E 0,8 Е, 6РопЕ(! — "1)

В диапазоне верхних выходных частот пЕРо пЕ.Ро преобразователя 2 E . E в процес2Ео 1,6Ео се повышения частоты начинает плавно уменьшаться продолжительность центрального на тактовом интервале дополнительного модулирующего сигнала управления, п Е Fo 1 которая при F (2 Š— равнялась „Г (12

2 Ео эл. град), Указанное изменение осуществляется

1 16F по зависимости л. = — — — (фиг. 2г), or nEF величина Х снижается до нуля нэ верхней

n E Fo выходной частоте Fm 1 . E (для п=8 и

1,6 Ео при Е=Е, Fm=5Fp), при которой величина выходного напряжения принимает максимальное значение.

Формирование в серединах тактовых интервалов на большей части диапазона регулирования сигналов 12-градусных продолжительностей обеспечивает в этих режимах полное исключение иэ спектра выходного напряжения пятой гармонической составляющей, что заметно улучшает гармонический состав выхбдной кривой. Указанный принцип формирования управляющих сигналов, существенной особенностью которого является непрерывное отождествление (кодирование) продолжительностей крайних внутри участков основных и модулирующих управляющих

1757063

9, причем пэр: ™еr;,üг интегратора 9 и ампUgm — максимальная амплитуда сигнала гесигналов с основным массивом импульсов, литуда выходных разнополярных сигналов зэ счет чего осуществляется плавный без- блока 15 подбирается тэк, что крутизна сигударный переход от одного поддиапазона налов Оз и Ug идентичная, Начальной устав управления к другому, может быть поэтому кой выходных состояний указанных определен как широтно-кодовый, 5 элементов при этомдолжнаобеспечиваться

Применительноканализируемому(фиг, максимальная амплитуда сигнала Ое при

2) варианту(п=8, Е=ЕО), расчетные величины минимальной величине напряжения Оз. граничных частот принимают следующие На период времени, когда величина сигзначения; нала Озпревышаетуровень напряжения на для i=4 F <=1,09Fol F 4=1,71Fp, 10 выходе усилителя 5, компаратором 7 выда для i=2 F 2=-F 2=-4Fp, - ется команда на переключение ключа 11, Продолжительности модулирующих после которого размыкается цепь конденсасигналовА для частотных поддиапазонов Fo" тора 10 и подключается на выход блока 9

> Е > F 4и F 2 >F > F4,а также длительности . сигнал U6. Благодаря приведенной схеме

1 и Хна поддиапазоне Е4 > F> F 4 опреде- 15 соединения узлов 5-15 на выходе интеграляются пбдстановкойсоответствующих зна- тора 9 (фиг, 4),формируется симметричное чений i в cooòâåòñòàóþùèå -указанные пилообразное напряжение Ug с повторяювырэжения. .. . щимися интервалами .постоянного уровня, Функциональная схема системы управ- . равного амплитуде Оэ с продолжительно ления (фиг.3) реализует режим управления 20 стью 12 эл, град; на центральных участках согласно способу для варианта n=6, E=Ep, тактовых ийтервэлокв, йафиг.4 приведены временныедиаграммы Указанный сигнал Ug, являясь основее работы. В этой системе выходйой -сигнал ным развс ртывэющим напряжением в сисО блока 1 задайия частоты поступает на теме, поступает на входы компарирующих . вход генератооа 2тактовых импульсов, фор- 25 узлов 16-18, на выходах которых включены, мирующего последовательность импульсов, цепи формировэнйя коротких однополяр частота следования которых на всем диапа- ных импульсов. На другие входы компарирузоне регулирования в 12 раз превышает вы- ющих узлов 16-18 поступают сигналы с ходную частоту преобразователя. выходов сумматоров 13 и 20 и усилителя 21

Указанные сигналы поступают нэ вход гене- 30 с коэффициентом передачи 0,5, на входы ратора3линейноизменяющегося"найряже- которого приходят сигналы с источника 22., ния, сйнхронизируя его работу, благодаря опорного напряжения и интегратора 23, В чему на выходе генератора 3 формируется момент равенства сигналов на входах узлов (фиг. 4) симметричное в обе стороны напря- 16-18 сйстемой синтезируются команды жение Цз шестикратной частоты по сравне- 35 (короткие импульсы) на формирование ниЮ с выходйым "сигналом фронтов выходных импульсов, которые чепреобразователя, амплитуда которого . рез элемент ИЛИ 24 поступают на входсчетуменьшается пропорционально росту вы- ного триггера 25, связанного своим ходной частоты и постоянно фикСируется выходомсинформационнымвходомлогичедатчиком 4 амплитуды. 40 ского распределителя управляющих имС выхода датчика 4 сигнал, пропбрцио- пульсов на вентили преобразователя 26. нальный амплитуде напряжения Оз, посту- Выход триггера 25 связан также с конпает через усилители 5 и 6 на входы денсатором 27, выделяющим постоянную компарэторов 7 и 8, в которых сойоставля- составляющую последовательности имется соответственно с выходными напряже- 45 пульсных сигналов с выхода триггера 25. ниями 0з генератора 3 и Uy интегратора 9, Напряжение конденсатора 27 поступает дав цепь накопительного элемента 10 которо- лее на делитель 28, в котором осуществляго включен двухпозиционный ключ 11, уп- ется его деление на аналоговый сигнал равляемый выходным сигналом задания частоты Uf, в результате чего на компаратора 7. Коэффициенты передачи 50 выходеделителя28всоответствующеммасусилителей 5 и 6 соответственно равны 0,8 штабе формируется напряжение, пропорции 0,4. На выходе интегратора 9 включен по- ональное суммарной на полупериоде роговый узел 12, фиксирующий минималь- длительности выходных импульсов. Этот ное (нулевое) значение напряжения Ug, сигнал поступает далее на минусовой вход который через 3лемент ИЛИ 13 связан с 55 интегратора, связанного вторым плюсовым входом счетного триггера 14, подключенно- . входом с источником 22 опорного нэпряжего своим выходом к коммутатору 15 поляр-,, 0,8 U3m H0cTM 33pA 7140(c> эп ряжения интегратора и ния, амплит

1757063 нератора 3, наблюдаемая на начальной вы- 1) . 2 ходной частоте преобразователя. Благода- . U3o() = --- — — — - . По сигналу компаратора ря приведенному включению амплитуда . 29 происходит замыкайие ключа 31, после сигнала на выходе интегратора 23 пропор- чего в компарирующем узле 32 начинается циональна величине (i-. l) — длительности 5 сопоставление текущего значения сигйала основных выходных импульсов кривой вы- 0з с напряжением, снимаемйм с второго ходного напряжения, а сигнал íà вйходе выхода источника 30 и определяемым как суммирующего усилителя 21 пропорциона- . 0,8 Ujm 2 лен половинной продолжительности А мо- . 1О® и дулирующих сигналов управления., 10 На вход трехразрядного регистра 33 на

В процессе связанного регулирования - всем диапазойе регулирования постуйают . частотыи величины:напряже>ния преобразо - . импульсы с вь1хода гейер>ато>ра 2 тактовых вателя контур внутренней обратной связи .. Импульсов. Выраженные в цифровой форме системы, включающий узлы и блоки 23, 25,:. состояния выходных разрядов Оз Qz Q1 ре27 и 28; обеспечивает на диапазоне pery- l5 гистра 33 на периоде выходной частоты лированиЯ от начальной частоты Fo До : (фиг. 4) записываЮтсЯ СоОтветСтвенно как

Е„п,, ...:,- ..;-:,. 100, 001, 000, 101,110, 111, эти сигйалы по2 Р .. :, ":..:: ступают на тактовые входы логического рас- по астатическому принципу, формирова-.: пределителя 26. Логические функции, ние корректирующего Сигнала, поступаю- 20 реализуемые распреде>лителе>м 26 и постущего н а вх оды с умматоров 19 и 20 и . ..:: пающие в форме управля ющи х сигн алов на непосредственно на компаратор 18 и авто-: соответствующие"вейтйли,"име>ю>т при этом матически поддерживающего постоянс>твб: вид суммарной вольтсекундной площади выход-":: . 1-A=Q1Q3+Q1Q2U251Q1Q3025; ных импульсов на полупериоде в процеСсе 25 изменения вьгх>одной"частоты. . . : -. +В--01020л4010зО25+Q1Q2U25+Q102Uz5+Q1Qa

При этом на указанном диапазоне авто- U25> матически выпол;1яется реализация пред-::. ; " -i C=-0102 010з025+0102025, ставленных функциональных завйсимостей " ::.. Таким образом, предлагаемый способ между продолжйтельностями сигналов уп - .30 позволяет обеспечить плавное безударное равления, Мх временным положением и те-:,. изменение формы выходной кривой на всем кущими значениями выходной частоты: ;: диапазоне- регулировайия преобразовате преобразователя:, а также автоматический - .- . :: - -:-- -:-: - n Е Fo пеРеход от одного поддиапазона регулиро- : .. ля, обеспечивая при этом в зоне Fo 1,6 Е, вания к другому, наблюдаемый на указан- 35 полное устранение в спектре выходного наных граничных частотах F; и F i -:, пряжения наиболее нежелательной пятой

F,i и ...-.-., .гармо нической составляющей, прич ем

Начиная с частоты F з=- — --, величиобеспечивается это наиболее простым пуна сигнала д20 превышает амплитуду пило- : тем без дополнительных коммутаций вентиобразного напряжения U«, на полупериоде 40 лей сило ой схемы, вызывающих: кривой линейного вь! ходного напряжения . Допол нител ьн ь!е потери- электрической синтезируется при этом по три импульса. энеРгии Тем самы™ УСТРанЯютсЯ нежела

Величина сигнала U21 на выходе усилителя тельн ые броски тока в cMnoBblx öåïÿõ преоб21 при дальнейшем увеличении частоты по-: Раэователя и нагрузки, что существенно следовательно снижается, достигая нулево- 45 повышает качество пРоцесса преобРазовар, и ния электрической энергии, а также надежо з. е Я на частоте F = — 2 . =0,8Fm ность функционирования мощных

Полуволна выходного сигнала преобразова- вентиль" õ преобразовательных систем и теля после этого момента и до максималь- систем частотно-РегулиРУЕмого электроF, „50 привода в целом. ной частоты Fm= — „6 фоРмиРУетсЯ из тРех е о р м у л а и з о б р е т е н и я импульсов на полупериоде.

Способ управления преобразователем с широтно-кодовым регулированием, зауказанный момент фиксируется логиче- ключаюЩийсЯ в том, что ocHQBHbfe вентили ским узлом, состоящим из компаратора 29, 55 разных фаз и гРупп преобразователя перина один вход которого приходит сигнал-с OA«eC«ВКЛЮ аЮт И ВЫКЛЮЧЭЮт С ВЗЭИМвыхода датчика 4 амплитуды, а на второй ным фазовым сдвигом в 60 эл, град в поступает постоянное напряжение с перво- -- — последовательнВсти +д, -С +B -д, +С, -В, го выхода источника 30, определяемое как пРи этом длЯ каждого вентилЯ фоР ИРУют

1757063 положительные полупериоды проводимости и отрицательные полупериоды закрытого состояния, каждый из которых состоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, внутри крайних на полупериодах тактовых интервалов формируют модулирующие сигналы управления, причем на начальной выходной частоте Го тактовые интервалы разбивают на четное и количество подинтервалов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повы шения качества процесса широкодиапазонного регулирования преобразователя за счет плавной безударной вариации формы выходного напряжения в ходе связанного регулирования частоты F и величины выходного напряжения по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте в диапазоF0 п Е не выходных частот Fo- — — —:-, s диапазо1,6Eо п Е Fo не частот Ро- — - — в центрах указанных

2 Ео тактовых интервалов формируют разноименные с соответствующим полупериодом дополнительные сигналы управления дли1 тельностью, длительность упомянутых тактовых подинтервалов определяют

0.8 как — - —, а формирование модулирую6 Го и щих сигналов управления осуществляют в серединах тактовых подинтервалов, середины крайних на упомянутых тактовых интервалах 24-градусных участков синхронизируют с серединой соответствующего центрального на половине тактового интервала тактового подинтервала при нечетной величине n/2 или с концом и началом соответствующих центральных на 24-градусных участках тактовых подинтервалов при четном значении и/2, при этом на час5 тотных поддиэпазонах F I > F > Е;+2 внутри указанных 24-градусных участках формируIoT no I модулирующих сигна loB управления

08 1 2Е, длительностьюА = (» Š— ), на

Fan E

10 частотных поддиапазонах F I > F> F I нэ краях упомянутых 24-градусных участков формируют сигналы управления длительностью

08 08Q — 1 (! — 2 Е +08 Ео

24 F 12 F n E I— а длительности остальных (i-2)-и сигналов управления определяют в соответствии с зависимостью

08/i-1 Š— 08 Е, 20 6F<>nE 1 — ) > значенИя граничных частот, переходных от одного по,щиапаэона регулирования к другому (F > F ), находят как

FonE i — 1

25 Š— 2, ), +

F.n nE(-1)2 i l — 1 ГŠ— 2 Ео в диапазоне выходных частот преобразоваи Е Fo n Е Fo

30 теля — — —, в центрах тактовых

2Ео 1,6Ео интервалов синтезируют по одному модулирующему сигналу управления длительно1 . 16F стью л, =тг-, где Е и Ео

35 и Е го соответственно текущая и номинальная (минимальная) амплитуды питающего преобразователь напряжения, 17570Г>3

1757063

Составитель О.Парфенова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н..Король

Редактор И.Шулла

Прои",âîä<: F>å»»о издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3097 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5