Способ управления трехфазным вентильным преобразователем

 

Использование: силовая электроника. Сущность: способ управления преобразователем с М-кратным диапазоном регулирования выходной частоты базируется на алгоритме 180-градусного управления, при котором в серединах зон управления внутри тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей формируются модулирующие сигналы управления. Длительность тактовых подинтервалов, внутри которых формируются модулирующие сигналы, при этом постоянна. В номинальном режиме работы за счет соответствующей модуляции длительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых в центрах тактовых интервалов, обеспечивается плавное безударное изменение формы выходного напряжения преобразователя. В пусковом режиме работы системы, в диапазоне частот Fn-MFn режим формирования управляющих сигналов видоизменяется за счет реализации новых функциональных зависимостей , связывающих параметры сигналов управления с текущими значениями выходной частоты преобразователя, с последующим плавным выходом на номинальный режим работы на частоте MFn. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 M 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

---- ""оФЗи4Я

Л1!с к,;,, gt(;МАМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896719/07 (22) 25.12.90 (46) 23.06.93. Бюл. М 23 (71) Отдел энергетической кибернетики АН

CCP Молдова (72) В.И.Олещук (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1492434, кл. Н 02 М 7/48, 1989. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Использование: силовая электроника.

Сущность: способ управления преобразователем с М-кратным диапазоном регулирования выходной частоты базируется на алгоритме 180-градусного управления, при котором в серединах зон управления внутри тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей формируются модулирующие сигналы управления. Длительность тактоИзобретение относится к силовой электронике, может быть использовано при построении систем управления трехфазными мостовыми преобразователями, питающими системы частотно-регулируемого электропривода.

Известен способ управления трехфазным мостовым преобразователем (фиг.1), заключающийся в плавном поэтапном изменении количества модулирующих управляющих сигналов внутри тактовых интервалов, сопровождающийся соответствующим безударным изменением числа импульсов в полуволне выходной кривой преобразователя (1). Указанный способ управления обес„„!Ж„„1823112 А1 вых подинтервалов, внутри которых формируются модулирующие сигналы, при этом постоянна. В номинальном режиме работы за счет соответствующей модуляции длительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых в центрах тактовых интервалов, обеспечивается плавное безударное изменение формы выходного напряжения преобразователя. В пусковом режиме работы системы, в диапазоне частот Рл — MFn режим формирования управляющих сигналов видоизменяется за счет реализации новых функциональных зависимостей, связывающих параметры сигналов управления с текущими значениями выходной частоты преобразователя, с последующим плавным выходам на номинальный режи л работы на частоте MF„. 1 э.п. ф-лы, 4 ил. печивает широкодиапазонное связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя по экономичному закону постоянства отношения величины напряжения к частоте, однако непосредственное использование подобного алгоритма управления в режиме пуска преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель, не позволяет обеспечить достаточно надежное протекание пускового режима, при котором, как известно, величина напряжения должна быть заметно повышена по сравнению с номинальным режимом управления (наиболее целесообразно при этом поддерживать ве1823112 личину напряжения в пусковом режиме годышечной и пОстОяннОЙ, KGK показано для диапазона выходных частот F — . MFð на фиг,2).

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 — пол.ная регулировочная характеристика преобразователя; на фиг.З вЂ” временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования управляющих сигналов; на фиг,4 — блок-схема системы управления преобразователем.

Одним из наиболее экономичных и часто использующих законов управления преобразователями для систем частотно-регулируемого электропривода является закон регулирования с постоянством отношения величины выходного напряжения к частоте. Пр этом величина напряжения, как показано на фиг.2 для номинального N-кратного диапазона выход н ых частот MFn. MNFn, растет прямо пропорционально с уве ичением выходной частоты преобразователя, Процесс регулирования преобразователя на базе автономного инвертора напряжения в этом случае, в соответствии с базовым способом, обеспечивающем 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, Модулирующие сигналы управления, разноименные с соответствующим полупериодом управления, формируются в серединах тактовых подинтервалов

1 протяженностью т = 6 М N начало г„ми первого из которых и конец последнего из которых синхронизируется с началом и концом тактового интервала. На поддиапазонвх управления, на которых регулирование осуществляется эа счет изменения продолжительности центральных на тактовых интервалах основных сигналов управления, длительность А модулирующих сигналов управления варьируют в зависимости от текущих значений выходной частоты преобразователя и от количества! формируемых модулирующих сигналов внутри каждой половины тактовых интервалов в соответствии с выражением

121 F Fq MN

При увеличении выходной частоты верхней частотной границей такого поддиапазонэ

MN 21 — 1 является частота Е = Е, — р „„, на которой продолжительность центрального основного сигнала управления снижается до близкого к нулю значения.

Внутри поддиапазонов управления, на которых в центрах тактовых интервалов формируются модулирующие сигналы управления, их (центральных сигналов управления) длительность У изменяется по зависимости

1 2(l — 1 2I — 1 +1 г—

6F 6F„MI 2i — 1, а продолжительность А остальных модулирующих сигналов находится как

i — 1

Л-=-, — — -„- -. — — - Рер я границатаких поддиапазонов наблюдается на частоР. MNИ

2 (Г- 1 172 — 1 + 1

В пусковом режиме работы преобразователя, начиная с на альной пусковой час" ты F< н до частоты MF<>, соответствующей выходу на номинальный режим, практически необходимо обеспечить повышенные по сравнению с номинальными величинами амплитуды выходного напряжения. Наиболее целесообразно при этом величину напря кении преобразователя в пусковом

40 диапазоне F> —, MF> поддерживать, как показано на фиг.2, повышенной и постоянной, Режим формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя при этом видоизменяется, Вышеупомянутые

45 значения граничных частот, переходных от одного поддиэпазонэ регулирования к другому, определяются соответственно как;

50 и Fi —

И 1

55 длядиапаэоновчастотFi >F > F;+l длительности А модулирующих сигналов управлеN — 1 ния определяются как Л вЂ”, а на

12Е И

1823112 поддиапаэонах, при которых Г(=. F . F( продолжительности Л и Л находятся как

1 1

Л—

1 1

6 N Г„M F (21 — 1) (У=в (1 — 1)+21 — 1)

6 F 3 Fn М (N(21 — 15 — IJ

Н-1 (2Е N I2 6 6F 432F

F 2(6(6-()-() 11 и - ь Ä, (6 ()(g,g-() (1

55 Г1 1 1 (Граница укаэанного здесь пускового ре- 10 жима достигается на частоте F,М, после которой формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя производится по описанным выше базовым законам регулирования в номинальном режиме.

На фиг,3 построены временные диаграммы управляющих сигналов Оу и линейного выходного напряжения преобразователя Ода соответственно для двух упомянутых поддиапазонов пускового режима. Кривые фиг,3,а относятся к поддиапазонал, на которых F(> F > F(+(, а циклограммы сигналов на фиг.З,б иллюстрируют поддиапазоны регулирования при F(> F > F(, Так, задаваясь конкретныл и значениями lv1 = 2 и N = 6, суммарная величи.:,а диапазона регулирования преобразова- еля от пусковой частоты Fn до верхней (номинальной) частоты составит М N — -- 2х „

<6 =- 12. При этом от частоты Fn до MFn = 2 Fn

3G формирование управляющих сигналов на вентили пр-.образователя будет осуществляться в соответствии с заявляемым законом пускового управления, а от частоты 2 Fn до частоты MNFn = 12 Fn режим связанного регулирования частоты и напряжения должен соответствовать номинальному закону управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте. Начальное число i модулирующих сигналов управления 40 внутри половин тактовых интервалов нахоМ N дится при этом как — = 6 (в случае

2 нечетной величины произведения M N начальное значение I определяется как 45

М N+1

Соответственно для конкретного анализируемого варианта:

F„2/6(2 6-() > (1 67 50

"р" п= g 6(а.e- ) () (",() (((- +„4<(N(",((j f 7р.Г„ для 1= 5; и при Г =Р- Г э " Йг ( при Г 1 Г = — (r„5 д6 и (1

>Е (Г",Е„.>Г/ 6с Р для 1= 4; г(ри 1-

zp П

5 /(2авг > для 1= 3:

Н 41 лри С ° F<С

4 Я(П

1 5 при F F hhF =2F h =

4 и п 2(6F

Начиная с частоты F = МЕл =- 2 Fn процесс дальнейшего увеличения выходной частоты преобразователя вплоть до верхней выходной частоты MNFn = 12 Ел сопровождается формированием управляющих сиг налов в соответствии с вышеприведенными зависимостями, характеризующими номинальный закон yправ/(ения г постоянством отомо(гения ве;Iè÷è(ы напря.кения к частоте.

Для улучшения спектрального состава выходного напряжения,реоб„а ователч в процесс.= пус:a ллжет Сыть испсльзован принцип фор ;(ро.,ания дополни ег(ьных кол(пе((с((рующих (;мпульсов. При этом на периоде выходной частоть, внутри интервалов 0-.;О, 150-"60. !80 — 210 и 330-360 эл.град„как показано пунктиром в кривой

UAB на фиг,3, формируются дополнительные модулирующие .игналы управления, ближни(. к границам полупериодов фронты которых синтезируют пути сдвига на 60 эл,град, ближних к серединам полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных модулирующих сигналов управления.

Продолжительность j дополнительных модулирующих сигналов определяется как

) 0,27 (т — (, ). Это позволяет обеспечить в пусковом режиме значительное, вплоть до нулевых значений, ул(еньшение амплитуд пятой и седьмой гармонических составляющих спектра выходного напряжения преобразователя и улучшить тем самым качест во протекания режима пуска питающегося от преоЬразователя асинхронного двигателя, крайне чувствительного на пусковьгх частотах к возмущающим воздействиям.

Обобщенная блок-схема системы управления преобразователем, реализующей

182311? треб >.му>о последок.1>. 1,>Ice l ь,> ормироиа ния управляющих сигналов на вентили преобразователя, 1>редс1авлена на д>иг 1.

Система выполнена >о I1p! р икальному г>ринципу, в качестгг злеме 1тной ба rr здесь наиболее целесообразно использовать цифровую микроллектронику, Выходной сигнал Ui блока I задания выхаднои частоты преобразователя, веллчина которого прямо пропорциональна .начению частоты, поступает на входы т ах гово(а генератора 2 и функциональнога М N — канального по выходу преобразователя 3. Частота следования импульсов генератора 2 определяе1 частоту выходного сигнала блока развертки 4, которая . ри этом на все .. диапазоне регулирования в 6 p;I :; в лше 11.,1ходной частоты преобразователя. Сиг>>а>1 блока 4 постоянно сопас1авляется в блоке формирования управляющих импульсов 5 с выходными сигналами Uz функционального преобразователя 3, величина которых пропорциональна текущим значениям поло>кений фронтов ai —, - а21 управляющих импульсов внутри 1актовых интервалов (с..1. временные диагра1лмы на фиг,3). Указаннг>е

ЭНаЧЕНИя (Х ПрЕ,"1еарИТЕЛьи<) О>1рЕдвг;>1О:;. -, расчетным путем в соо1>..етс,ии о вь111::., 1.;1 занныMII зависимосl я, .1, >1;. >>.11 ори? гоl>.,è ми режим пров>. ",ен11<> р.-« .с.лэт>э . 1лг";;, 1 > способа управле; A. В,о..1.1(, п,11.о,1<,.оа

TP.,ñóLLIèõ знаaQIIIIII сlil э,",1, блок(111 блокам 5 выраба> I,IBdl: тс» ко11а>>ды на Ьормиаоеание фронтоя yr ра>ляющих1И air«>:.,— н ы х) и м и ул ьc 0 в, ката p:. >е О ос и (> p;, f rI sr >О, ; по со. тветстяу>о>цим 1;е1>т11ля.«>р .х I ýç>fî:I мостовой cxl rè,l при ",îfi(i III л;:1и:le!f.;.(>rn распредели, еля 6, сгяз 1н >о. :о та .::.:::1 О.111и тактовыми входами с с О От в е 1 с 1 r> /10 lör ì è выходами трехразрядного per «c ра 7, персключаемого тактовыми 11мпульсами ге>>ератора 2.

Таким образом, описанный поря.,ок фОРМИРОВаНИЯ УПРаВЛЯ>ОИ.:.л;-: СИГНаЛОВ >1а вентили трехфазного преоб>,. з,>нателя, и "Iгруженного на асинхронный электрод> игатель, обеспечивает повышенное относительное значение выходно>(; напряжения в пусковом режиме, повышая тем самым качество и надежность осущсствления процесса пуска, являющегося одним из самых ответственных динамических режимов в системах частотно-регулируемого злектропривода переменного тока на базе преобразователей частоты инверторнаго типа, Формула изобретения

Способ управления трехфазным вент>лльным преобразователем с N-кратным с1>язанни>л рег лированием выходных частоты v напряжения преобразователя па закону Ifuf. 1аянстна отношения величины наприж:..ния к астоге, заключающийся в том, ч>о основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и вы>(ëþ÷àют с взаимным фазовым сдвигом в 60 ал.град. в последовательности

+А, -С, +В, -А, +С, -В, при этом для каждого вентиля в течение Одного полупериода от 0 до 180 зл.град. формируют интервал проводимости вентиля, в течение другого полупериода от 180 до 360 эл,град. формируют интервал закрытого состояния вентиля, внулри тактовых инт.реалов проводимости ат 60 до 1120 зл.град, и внутри тактовь>х интервалов закрытого состояния от 240 до 300 зл.град. cимме>рично относительно середин тактавь>х интервалов формируют разноименные с соответствующим ин1ервалом модулиру>ощие clif íëëû управления, количес>во кигорых уменьшается с ростом выходной частоты преобразователя F, причем

1>а началь11ОЙ (пусковой) выходной частоте и р>>О(э рало В111 Рля Fll каждый тактовый rlH тппвал разбивают на М N подинтервалов п >О,:>о>1ж11тель>1остью t = 1/6РпМГч, а в проII >Осе регулирования (увеличения) выходной

1ï ча таты >1>>ормирование каждого I-го от начаг.,I . ак (оного интервала модулирующего сиг.>Ла yrIP >>ЛЕН!1Я, КаЖДЫИ ИЗ KOTOPblX форМИ, ус. С> В СЕрадИНЕ СаатВЕТСТВуЮщЕГО

1.:.:т0I:I "О >1>,-,интерва "Id с продолжительно3!=..1:10 г, H. >ало llервого из которых на всем див г1<1 iu,-. О реry:111 posa ни я синхранизиравд но с началом (актового интервала, осуществля>от при изменении выходной частоты преобразователя от Fl до F;, при этом при

i >

40 изменении выходной частоты от Fl+r до Е1»

I («(Е1+1 . Е1 < Fl ) внутри каждой половины тактовь>х;.нторвалов формируют по I, модулиру>ащих си> ялов управления с длитель1 > >> наст>,ю t., при Р1 > F > Fr на каждой

45 половине тактовых интервалов формируют

r;a I — 1 моду лиру>ощих сигналов управления с длительнос>. ю 1.. à I-й модулирующий сигнал управления с продолжительностью

A синтеэиру>от в центре каждого тактового интервала, отл ича ющийс я тем, что,с целью улучшения качества и повышения наде>кности пуска трехфазного преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель, в процессе пуска eдиапазоне пусковых частот Fp MFp значения граничных частот, переходных от одного диапазона регулирования к другому, определя>О1 как

1823112 — 1

) Л, 1

6 F 3 Fp М (N(21 — 1

F"—

Л 1 1 1

6й ЕпМ F 21 — 1

"1F

Фиг.2 я I при Fi > F > Рн-! длительность Л модулирующих сигналов управления принимают равной Л - (N 1)/12FiN, а при Р > F > Fl длительность Л модулирующих сигналов управления определяют как а длительность Л центрального на тактовых интервалах модулирующего сигнала управления определяют из функциональной зависимости где! — количество модулирующих сигналов

5 управления, формируемых внутри половин тактовых 60-градусных интервалов. включая центральный модулирующий сигнал на поддиапаэонах Fl > F > Fi, 2. Способ по и 1, отличающийся

1р тем, что внутри интервалов 0 — 30; 150 — 180;

180-210 и 330 — 360 эл.град, генерируют дополнительные модулирующие сигналы управления длительностью у = 0.27 (т — Л), ближние к границам полупериодов фронты

15 которых формируют путем сдвига на + 60 эл.град. ближних к серединам полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных модулирующих сигналов управления, где Т = 1/6FnMN — продолжи20 тельность тактовых подинтервалов.

1823112

9 .

ФО д Л

1 I

3 г 5 об (o ) фиг. 3

Фиг.4

Составитель В,Олещук

Техред М,Моргентал Корректор М,Самборская

Редактор

Производственно издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина 101

Заказ 2185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК)4Т СССР

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