Способ управления преобразователем частоты с непосредственной связью

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДБТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 492993 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено20.02.73 (21)1883993/24-7 с присоединением заявки № (51) М. Кл.

Н 02р 13/30

Гасударственный намнтат

Сааата Мнннатраа СССР ва делам изабратаннй и атнрытнй (23) Приоритет (43) Опубликовано,25.11.75Бюллетень № 43 (45) Дата опубликовании описания 23.О2.76 ( (53) УДк

621.316.727 (088. 8) {72) Авторы изобретения

В. А. фокин и В. А. Кравцов (т) Заявитель Запорожский машиностроительный институт им. В. я. Чубаря (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к области элект-ротехники. Известен способ управления преобразователем частоты с непосредственной связью путем подключения выходной фазы к входной фазе с помощью полупроводниковых ключей переменного тока.

Однако такая система управления обусловлена необходимостью использования блока трансформатора входных напряжений, блоков задающего напряжение для каждойг выходной фазы, блоков для выявления в каждый момент времени входной фазы, разница напряжений которой с задающим напряжением минимальна, блока интегрирования разности выходного и задающего напряжений, блоков совпадения и т.д. Изэа неопределенности спектрального состава выходного напряжения непосредственного преобразователя, управляемого известным способом возможно появление таких составляющих выходного напряжения, которые способны сушественно ухудшить энергетические показатели как частотно управляемого двигателя, так и системы

2.. преобразователь - нагрузка. Кроме того, необходимо использовать относительно большое число полупроводниковых ключей по два комплекта на каждую фазу нагрузки переменного тока в силовой части пре образователя, так как различные фазы нагрузки подключаются к питающей сети неодновременно.

Цель изобретения - упростить систему управления, уменьшить необходимое число полупроводниковых ключей перемен ного тока и улучшить энергетические показатели частотно-управляемого асинхронного двигателя.

1б Предлагаемый способ отличается тем, что выбирают соответствующий алгоритм одновременного циклического переключения всех фаэ нагрузки, чтобы обеспечить такое изменение спектрального состава кривой выходного напряжения непосредственного преобразователя частоты, которое позволило бы устранить ближайшую паразитную составляющую, способную создать в частотнауправляемом двигателе поле яа } обратного направления вращения и соответст 1

4(2993 в Р

=6 U (C08PSin(ut — 8 аР сО!)Ы), где P — угол скачкообразного изменения фазы питающего напряжения

Я вЂ” коммутационная функция, которую в первом приближении примем равной единице, пренебрегая временем отключенного состояния нагрузки от йитающей сети.

В известных преобразователях частоты рассматриваемого типа управление характеризуется алгоритмом изменения от произведения угловой частоты циклов коммутации Я на время 4 (см.фиг. 1 ).

Выбирая вепичину элементарной сту) пени скачкообразного изменения фазы, -вующие составляющие тока и тормозного электромагнитного момента.

На фиг.1 дана кривая ступенчатого монотонного изменения фазы питающего нагрузку напряжения по мере изменения вре-. мени; фиг,2 иллюстрирует известный способ; а-унрощенная идеализированная прин-. ципиальная схема подключения к трехфазt, ной питающей сети трехфазной нагрузки с йомощью преобразователя Гключи 1-9); б - циклограмма переключения ключей; в — кривая соответствующего ступенчатого изменения фазы питающего нагрузку напряжения; г и д — эпюры, циклического

I изменения косинус и синус угла ступенчатого изменения фазы питающего напряжения соответственно; е — соответствующая кривая выходного напряжения одной, из фаз преобразователя управляемого известным способом; фиг.3 иллюстрирует предлагаемый способ: а — цринципиальная идеализированная схема системы: питающая сеть — непосредственный преобразова тель частоты — нагрузка; б — циклограмма переключения ключей; в — эпюра ступенчатого изменения фазы питающего напряжения от времени; г и д — эпюры циклического изменения косинуса и синуса угла ступенчатого изменения фазы питающего напряжения соответственно; е — кривая выходного напряжения одной из фаз преобразователя, управляющего предлагаемым способом.

Работу преобразователя частоты, основанного на циклическом скачкообразном изменении фазы питающего напряжения, можно представить следующей зависимостью для напряжения одной фазы нагО - й() аи(ы - ) ! равной 120 (см.фиг,2), получают урав-- о нения

3%3(COS(3P+I)QЛ. СОВ(3Р-t)52)

2J L p+1 - p 1 (2)

SIa, = Я

ЗМТ Йп("МИ sinisp-i)Rt) -, »

1О ) RX =в 5 +1. = 3 -1 ()

Подставляя уравнения,(2), и (3) в зависимость (1 ), получаем "

15 31/Д

IЦ"-, Ощ(sin(52-(о)tunisia (22 ui) i+

+

1 1

»

+ — Sin,(72- )t+ ... ) (4-)

Соответствующая кривая выходного напряжения для случая — =4/3 построена на

52.

СО р5 фиг. 2, е.

Если частота цикпов коммутации превышает частоту питающей сети,. то при активно-индуктивной нагрузке (асинхронный короткозамкнутый двигатель/ составляющие выходного напряжения с частотой, выраженной разностью однократной либо многократной частоты циклов коммутации, способствуют генерированию реактивной энергии в питающую сеть, а остальные составляющие

35 — потреблению реактивной энергии преобразователем из питающей сети. Таким образом, для улучшения входного коэффици»: ента мощности преобразователя необходимо создать условие для устранения из

40 спектрального состава прежде всего составляющей выходного напряжения, частота которой определяется суммой двухкратной частоты циклов коммутации и частоты питающей сети; эта не паразитная состав45 ляющая наименьшей, частоты и наибольше1 амплитуды образует в частотно — управляемом двигателе магнитное поле обратного направления вращения, что приводит к созданию относительно больших соотг

50 ветствующих составляющих тока и тормозного

f электромагнитного момента и, следовательно, к ухудшению коэффициента полезного действия.

;5 Для устранения, этой составляюшей выходного напряжения преобразователя с

). .той же простейшей силовой частью (см.фиг.З,а) выбьрают алгоритм переклю чения (см.фиг.3,6 и в). Гармонический .анализ соответствующих выбранному ацгоВ

492993

3 (-2со8 в, 2kТ

К7Г, 2.Ti

c0s -- —.K sin, > сювкЯ : ). х*1

:, б:

t g) Способ управления преобразователем частоты с непосредственной связью пу тем подключения выходврй фазы к вход.ным фазам с помощью полупроводниковых ключей переменного тока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения системы управления, уменьшения йеобходимого числа полупроводнико. вых ключей переменного тока и улучшения энергетических показателей частотно-управляемого асинхронного двигателя, циклический одновременно подключают все фаэы нагрузки к питающей сети так, что каждый иэ трех одинаковых подциклов подключения фазы нагрузки к раз.личным фазам питающей сети состоит нз четырех взаимно-равных интервалов подключенного состояния к сети со следующей последовательностью скачкообразного изменения фазного угла питающего нагрузку напряжения по сравнению с предшествующим состоянием-минус сто двадзо, 1 цать градусов, плюс сто двадцать граду сов, ноль и плюс сто двадцать градусов. ритму кривых (см,фиг 3,,г и д) приводит к следующим аналитическим выражениям:. (e)

Подставляя выражения (5) и (p) в зависимость (1), получаем

Uz= >< (vs -1)0щ(ви(ф-и) t — — 1—

ИУ 2Й

sin,((ю - 0) t - — )- — — 8(п, ((52+ ы) t0, 83 1 В 1

6 "1 5 Я-1

Соответствующая кривая выходного напряжения преобразователя для случая — =1,6 построена на фиг.3 е.

Я.

Отсуствие вредного слагаемого с чаототой, определяемой суммой двухкратной частоты коммутации и частоты питающей с).ти, приводит к относительному улучшению входного коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, а так,6, же к улучшению формы кривой тока в акт" н -индукти но» нагрузке. пркцльку индуктивность легче сглаживает более высокие частоты.

Предмет изобретения

Заааэ Я (Иад. рр Я Тираж ТП2 Подписное

ЦНИИПИ Государственного коми ета Совета Министров СССР по делам изобретен |й и открытий

Москва, ) l3035, Ра инская наб., 4

Предприятие «Патент», Москва, -59, Бере ковская наб., 24

Составитель

Е, (алинин

Редактор Н.Данилович Техред А Ка пниковфорректор .: п,Котова