Способ управления мостовым преобразователем в пусковом режиме

 

Способ управления базируется на 180- градусном алгоритме несимметричного управления трехфазным одномостовым преобразователем, при котором основная последовательность модулирующих сигналов управления формируется асимметрично центрам полупериодов управления внутри средних на полупериодах тактовых интервалов 60-градусных продолжительнрстей, а продолжительность сигналов управления в номинальном режиме обеспечивает постоянство отношения величины напряжения к частоте. В пусковом режиме управления модернизированные функциональные зависимости,связывающие параметры управляющих сигналов с каждой точкой диапазона регулирования, обеспечивают требуемое относительное превышение величины выходного напряжения, плавно снижающееся до нуля в точке выхода на номинальный режим работы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Я.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4920508/07 (22) 19.03.91 (46) 15,05,93, Бюл. ¹ 18 (71) Отдел энергетической кибернетики

АН ССР Молдова (72) В.И,Олещук и А,В.Ïóçàêîâ (73) Институт энергетики АН Молдовы (56) Авторское свидетельство СССР

N l554094, кл. Н 02 M 7/48, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N 1646030, кл. Н 02 M 7/48, 1989. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОСТОВЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ В ПУСКОВОМ РЕЖИМЕ (57) Способ управления базируется на 180градусном алгоритме несимметричного управления трехфазным одномостовым

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано при построении систем управления трехфазными мостовыми преобразователями, питающими системы частотно-регулируемого электропривода, Целью изобретения является повышение качества и увеличение надежности осуществления режима пуска преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель.

На фиг.1 изображена упрощенная структура силовых цепей трехфазного вентильного мостового преобразователя на базе инвертора напряжения на полностью управляемых ключах, нагруженного на асинхронный двигатель АД: на фиг. 2 — полная регулировочная характеристика преоб„„ U„„ 1816341 АЗ преобразователем, при котором основная последовательность модулирующих сигналов управления формируется асимметрично центрам полупериодов управления внутри средних на полупериодах тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, а продолжительность сигналов управления в номинальном режиме обеспечивает постоянство отношения величины напряжения к частоте. В пусковом режиме управления модернизированные функциональные зависимости,связывающие параметры управляющих сигналов с каждой точкой диапазона регулирования, обеспечивают требуемое относительное превышение величины выходного напряжения, плавно снижающееся до нуля в точке выхода на номинальный режим работы, 1 з.п, ф-лы, 4 ил.

-й разователя: на фиг, 3 — временные диаграм- QQ мы, иллюстрирующие процесс формирования управляющих сигналов; на фиг, 4 — О блок-схема системы управления преобразователем.

Одним из наиболее экономичных и часто использующихся законов управления преобразователями для систем частотнорегулируемого электропривода является закон регулирования с постоянством 1(1 отношения величины выходного напряжения к частоте, При этом величина напряжения, как показано на фиг,2 для номинального N-кратного диапазона выходных частот MF„-MNF«, растет прямо п ропорционально с увеличением выходной <астоть< .

F преобразователя. Процесс регулирования преобразователя на базе автономного ин1816341

F) "2 (i — 1) (2 — 1) и F =

2 (i — 1)(2 > — 3) 6(2l — 1) F F„V й

При увеличении выходной частоты А 1 1 верхней частотной грацией такого под- 6 N 1=„М 2 {i — 1) F диапазона является частота Ft"= = 40

2j-3

12 {i — 1) F N 6 1"и М и вертора напряжения в этом случае, в соответствии с базовым способом, обеспечивающим плавное безударное изменение формы выходной кривой, осуществляется по двухэтапному алгоритму, за счет постоянной поэтапной вариации длительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых в тактовых точках, расположенных в серединах тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. Границами между поддиапазонами регулирования являются частоты Fi и F " .

Модулирующие сигналы управления, разноименные с соответствующим полупериодом управления, формируются в крайних правых частях тактовых подынтервалов протяженностью r = „, начало первого

1 из которых и конец последнего иэ которых синхронизируются с началом и концом тактового интервала, На поддиапазонах управления я, и ри которых F " >F>Fi+> регулирование осуществляется эа счет изменения продолжительности ближайшего с левой стороны к центру основного сигнала управления (как показано стрелками на фиг.3;а), длительность модулирующих сигналов управления варьируют здесь в зависимости от текущих значений выходной частоты преобразователя F и от количества

1 формируемых в направлении от конца к середине тактового интервала модулирующих сигналов в соответствии с выражением, на которой продолжительность упомянутого близкого к центру основного сигнала управления снижается до близкого к нулю значения.

Внутри поддиапазонов управления, при которых Fi >F >Р ", внутри (i-1)-и правых и (i-2}и левых от середины полупериода тактовых подынтервалов формируются модулирующие сигналы управления с длительностью iL изменяемой по зависи2i-3

ИОсти А 12 (1) р 1, а продолжительность модулирующего сигнала, формируемого в правой части интервала между укаэанными подынтервалами, находитХ=1 2 Э

И= f2 F. (— 1) М И (фиг.3, б). Верхняя граница таких поддиапаэонов наблюдается на частоте

В пусковом режиме работы преобразователя, начиная с начальной пусковой частоты F> и до частоты MF<, соответствующей

10 выходу на номинальный режим, практически необходимо обеспечить повышенные по сравнению с номинальными величинами амплитуды выходного напряжения. Наиболее целесообразно при этом величину на"5 пряжения преобразователя в пусковом диапазоне F — MF поддерживать, как показано на фиг.2; повышенной и постоянной.

Режим формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя при.

20 этом видоизменяется. Вгышеупомянутые значения граничных частот, переходных от одного поддиапаэона регулирования. к другому, определяются соответственно как: для.диапазонов частот Fi F> Fi длительности модулирующих сигналов управления

«N — 1 определяются как А —,, а на поддиа6|FN

35 пазонах, при которых F F> Fi, продолжительности il, и А находятся как

Граница указанного здесь пускового режима достигается на частоте F M, после которой формирование управляющих сигналов на вентили йреобразователя производится по описанным выше базовым законам регулирования в номинальном режиме.

На фиг. 3 построены временные диаграммы управляющих сигналов Uy нэ вентиль +А и линейного выходного напряжения преобразователя Одц соответственно для двух упомянутых поддиапазонов пускового режима. Кривые фиг.3,а относятся к поддиапаэонам, на которых F1, «Р>Р +1, а циклограммы сигналов на фиг.3,б иллюстрируют паддиапазоиы регули1816341

71 „

1 1

ИЧ FïМ 2(l — 1)F

2i — 3 оном ка

Л вЂ”

71 11

432 F 721п для l=6 при

Е<р., Еп 2 2 6 5+1 61

2 5 11 55

N — 1 5... 59

Л 12 . Е = 396 -, при Е64Е< Ев — Fni

1 1 1 59 1

Л= — — ——,Л= — — —:

"и 5F 360F 8Еп для i=5 при

Ее" K Е Fs" = — Fn, il =—

36 324 F при Е5

47

28

«1 1 1, 47 7

Л= — — — — .Л = — — —;

72 Fn 4F 288F 72Fn рования при F) «F>F ", Так, задаваясь конкретными значениями M=2 и К=6, суммарная величина диапазона регулирования преобразователя составит M N=2 6=12, При этом от частоты Fn до MFn=2Fn формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя будет осуществляться в соответствии с заявляемым законом пускового управления, а от частоты 2Fn до частоты MNFn-12Fn режим связанного регулирования частоты и напряжения должен соответствовать номинальному закону управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте. Обозначенное выше начальное число модулирующих сигналов управления находится при этом дяя четного значенияМ г1 как †+1

М N

2 (в случае нечетной величины произведения

М .N начальное значение определяется

M И+1 как ). При этом при четных М N первой граничной частотой будет Fs, а при нечетных М ° N-Fl .

Соответственно для конкретного анализируемого варианта (M=2, N=6). для l=7: при Fn F< Ет =

37 для l=4 при Е5 F < F4 = — Fn

21

Л- 5

252 F

5 пРи F4 < F< 2Fn

Л«1 1 11 Л 35 5

F 3 Е/1 216F 72Fп

10 После достижения выходной частоты

MFn=2Fn, граничной между пусковым режимом и режимом номинального регулирования, формирование уп равляющих сигналов на вентили преобразователя

15 осуществляется по зависимостям, характеризующим режим номинального управления. В частности, на частотном поддиапазоне

20, 2() — 1)ММ Еп 72

2 (l — 1)(2 l — 3}+1 31

2i — 3 5

25 12(i — 1) Fn М и 432 Fn

1 2/i 1) 2 — 3 +1 бF 12(i — 1) F,M з1

1 31

Таким образом, на граничной частоте

2Fn продолжительности модули рующих сигналов, определяемые по каждой из четырех вышеприведенных зависимостей, равны между собой и тождественны значе5

432 Еп

Начиная с частоты F=MFn=2Fn процесс дальнейшего увеличения выходной частоты преобразователя вплоть до верхней выходной частоты MNFn=12Fn сопровождается формированием управляющих сигналов в соответствии с вышеприведенными зависимостями; характеризующими номинальный закон управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте.

Для улучшения спектрального состава выходного напряжения преобразователя в процессе пуска может быть использован принцип формирования дополнительных компенсирующих импульсов; При этом на периоде выходной частоты, внутри интервалов

0-30(150- Л/2 180)-180;180-210 и (330- Л/2)-360 зл.град формируются дополнительные модулирующие сигналы управления, При этом Местоположение ближних к границам полупериодов фронтов i-x по счету дополни1816341

8 тсльных модулирующих сигналов на интервалах 0-30 и 180-210 эл,град опреде60(! — 1 F ляем соответственно как и

Fn М N

60! — 1à (180+

FAМи

) эл.град,, а на других интервалах указанные ближние к границам полупериодов фронты формируют путем сдвига на 60 эл.град в сторону опережения ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих основных модулирую !их сигналов управления с продолжительностью Я.

Продолжительность у дополнительных модулирующих сигналов определяется как 0,27 {t-Õ), она вызывает соответствующее, как показано пунктиром на кривой 0дв на фиг. 3, изменение формы выходного напряжения, что позволяет обеспечить в пусковом режиме значительное, вплоть до нулевых значений, уменьшение амплитуд пятой и седьмой гармонических составляющих спектра выходного напряжения преобразователя и улучшить тем самым качество протекания режима пуска питающегося от преобразователя асинхронного двигателя, крайне чувствительного на пусковых частотах к возмущающим воздействиям.

Обобщенная блок-схема системы управления преобразователем, реализующей требуемую последовательность формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя, представлена на фиг.4, Система выполнена по вертикальному принципу, в качестве элементной базы здесь наиболее целесообразно использовать цифровую микроэлектронику. Выходной сигнал U> блока 1 задания выходной частоты преобразователя, величина которого прямо пропорциональна значению частоты, поступает на входы тактового генератора 2 и. функционального М N-канального по выходу преобразователя 3. Частота следования импульсов генератора 2 определяет частоту выходного сигнала блока развертки 4, которая при этом на всем диапазоне регулирования в 6 раз выше выходной частоты преобразователя,. Сигнал блока 4 постоянно сопоставляется в блоке формирования управляющих импульсов 5 с выходными сигналами 0з функционального преобразователя 3, величина которых пропорциональна текущим значениям положений фронтов а>- щ i — 1 управляющих импульсов внутри тактовых интервалов

{см. временные диаграммы на фиг,3). Указанные значения а предварительно определяются расчетным путем в соответствии с вышеуказанными зависимостями, характеризующими режим проведения рассматриваемого способа управления, В моменты равенства текущих значений сигналов блоков

3 и 4 блоком 5 вырабатываются команды на

5 формирование фронтов управляющих(и выходных) импульсов, которые распределяются по соответствующим вентилям трехфазной мостовой схемы при помощи . логического распределителя 6.

10 Характерной особенностью структуры системы управления, реализующей описанный режим несимметричного управления, является наличие специального канала на выходе блока 5, по которому, как показано

15 в выделенной части на фиг,4, осуществляется выделение тактовых импульсов в моменты равенства наименьшего по амплитуде выходного сигнала функционального преобразователя 3 и сигнала развертки. Указан20 ные импульсы формируются при этом в моменты, тождественные точкам О, 60, 120, 180, 240, ... эл.град на временной диаграмме,и синхронизируют работу трехразрядного регистра 7, выходы всех разрядов

25 которого связаны с тактовыми входами логического распределителя 6.

Таким образом, описанный алгоритм формирования управляющих сигналов на вентили трехфазного преобразователя, 30 нагруженного на асинхронный электродвигатель, обеспечивает повышенное относительное значение выходного напряжения в пусковом режиме, улучшая тем самым качество и повышая надежность осуществления

35 процесса пуска, являющегося одним из самых ответственных динамических режимов в системах частотно-регулируемого электропривода переменного тока на базе преобразователей частоты инверторного типа с

40 неуправляемыми выпрямителями..

Формула изобретения

1. Способ управления мостовым преобразователем в пусковом режиме при N-кратном диапазоне связанного регулирования

45 частоты F и напряжения по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте, заключающийся в том, что основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с

50 взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град в последовательности +А, -С; +В, -А, +С, -B, при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл.град формируют интервал проводимости венти55 ля, в течение другого полупериода — от 180 до 360 эл.град формируют интервал закрытого состояния вентиля, внутри тактовых интервалов проводимости ат 60 до 120 эл.град и внутри тактовых интервалов закрытого со10

1816341

2i — 3

Fi —

i — 1) (2! — 3) стояния от 240 до 300 эл.град несимметрично относительно середин тактовых интервалов формируют разноименные с соответствующим интервалом модулирующие сигналы управления, количество которых уменьшается с ростом выходной частоты пресэраэователя F, причем на начальной (пусковой) выходной частоте преобразователя Fg каждый тактовый интервал разбивают íà M .N подынтервалов

1 продолжительностью r= — кп=, а в процессе регулирования (увеличения) выходной частоты формирование каждого i-го оо направлению от конца к середине тактового интервала модулирующего сигнала управления (каждого (i-1)-ro от начала тактового интервала сигнала), каждый из которых формируется в крайней правой части соответствующего тактового подынтервала с продолжительностью т, начало каждого первого из которых и конец каждого последнего из которых на. всем диапазоне регулирования синхронизируют соответственно с началом и концом тактового интервала, осуществляют при изменении выходной частоты преобразователя от F до Fi, при этом при изменении выходной частоты от Fl+i до

FI "(F<+1

Fi >F ) Fi " на каждой половине тактовых интервалов формируют по (И)-и модулирующих сигналов управления с длительностью il, а модулирующий сигнал управления с продолжительностью il синтезируют в середине каждого тактового интервала левее центра, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества проведения и повышения надежности пуска трехфазного преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель, в процессе пуска в диапазоне пусковых частот Fn-ME значения граничных частот, переходных от одного диапазона регулирования к другому, определяют как

„F М(2 — 1 и+1)

2 (i — 1) (2 i — i) при F i" "R F > Fi -+ продолжительность А модулирующих сигналов управления принимают равной и — 1

М

6 — 1)ЕК при Fi F> Fi длитель ность А основного массива модулирую10 щих сигналов находят как

1 1 продолжи тел ьност расположенного в середине тактового интервала левее центра модули15 рующего сигнала управления определяют из функциональной зависимости где i — количество модулирующих сигналов управления, формируемых внутри половин тактовых 60- градусных интервалов, считая

25 от конца тактового интервала к середине.

2, Способ по и 1, отличающийся тем, что на периоде управления внутри интервалов 0-30, (150-Л/2)-180, 180-210 и (330-il/2)-360 эл.град формируют дополнительные модулирующие сигналы управления с продолжительностью у = 0,27(т- Л), местоположения ближних к границам полупериодов фронтов 1-х по счету которых на интервалах

0-30 и 180-210 эл,град определяют соответ6D i-1 F 60 i-1 F ственно как и (180+ ) эл.град. на других указанных интервалах упомянутые ближние к границам полупериодов фронты формируют путем сдвига на 60 эл.град в сторону опережения ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих основных модулиру;ощих сигналов управления с продолжительно1

45 стью А. где т — длительность

ОРП МЙ тактовых подынтервалов.

1816343

ФИГе2

1816341

1816341

Составитель В.Олещук

Техред М,Моргентал Корректор П.Гереши

Редактор

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

Заказ 1652 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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