Непосредственный преобразователь частоты с широтно- импульсным регулированием выходного напряжения

 

О П И С А Н И Е. (iii920992

И ЗОВРЕТЕ Н Иэе

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтских

Социалистичвсиих

Респубпии (63 ) Дополнительное к авт. свид-ву

{22)Заявлено 21.05.80(2t) 2926898/24-07 с присоедииеийем заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень Ле 14

Дата опубликования описания 15.04.82 (53)M. Кл.

Н 02 М 5/27

Н 02 Р 13/16

1Ьвударетюпай кеиитет

СССР ие делаи изобретении и открытий (53) УДК 821.з14.. 27 (088.8) В. А. Лукьяненко, И. С. Кутрань, В. Н. Собол

Э. М. Чехет и Ю. В, Чечеткин (72) Авторы изобретения

Институт электродинамики АН Украинской СС (71 ) 3ая ви тел ь (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты, предназначен,ных, например, для частотного управления электроприводом или для автономных систем электроснабжения.

Извес тны непосредственные преобразователии частоты (НПЧ) с широтно импульсньтм регулированием (ШИР) BsKKolk» о ного напряжения, построенные на,ключах с двухсторонней проводимостью с применением способа циклической работы ключей. Ключи поочередно подключают нагрузку к многофазному источнику питания

15 на определенный, заданный интервал времени. Для осуществления ШИР выход-, ного напряжения между переключениями ключей формируют паузу, на время которой нагрузка закорачивается парой тех же ключей (11 и С23 .

zo

Недостатком известных НПЧ с ШИР является то, что длительность паузы формируют только в зависимости от тре.; буемой величины среднего или действую. щего значения выхоа ого напряжения.

Между тем, как мгновенное значение выходного напряжения определяется мгновенным значением напряжения питания, НПЧ, то мгновенное значение тока в ключах при переменном характере нагрузки может достигать опасной для них величины. В транзисторных ключах пре- вышение номинального тока вообще не» допустимо, в тиристорных ключах с искусственной коммутацией это может йривести к срыву коммутации, если не предусмотрен значительный запас по величине коммутирующей емкости. Отмеченный недостаток существенно снижает надежность НПЧ с ШИР выходного напряжен ия.

Наиболее близким к изобретению. техническим решением является преобразователь частоты, реализуюший циклический алгоритм работы ключей 23 .

Такой НПЧ выполнен в виде трех мосто вых схем на ключах переменного тока, 920992

Э представляющих собой транзистор или тиристор в диагонали постоянного тока ,диодного моста. Управление ключами производится от системы управления (СУ). СУ состоит из задающего гене. ратора (ЗГ) пилоообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов компаратора, на другой вход которого подается напряжение уставки с потенциометра.. Выход компаратора пос- 10 тупает на две кольцевые перерасчетные схемы, формирующие импульсы управления для ключей НПЧ. дополнительные логические элементы служат для формирования определенной последовательности импульсов и суммирования основныХ им пульсов на интервалах подключения на грузки к сети с импульсами на время паузы. Изменением величины уставки напряжения регулируется среднее значение выходного напряжения. При переменном характере нагрузки возможно увеличение тока в НПЧ до недопустимых для ключей значений, так как в схеме не на-. ложено ограничение по мгновенному значению тока на величину паузы.

Пель изобретения - повышение надежности НПЧ за счет ограничения мгко,венного значения тока нагрузки.

Поставленная цель достигается за счет того, что в преобразователе, содержащем силовую схему на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых через выпрямитель под-. соединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, систему управления, состояшую из задаюшего генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, другой вход которого соединен с источником напряже ния уставки, а выход - со входом распределителя импульсов, выходы которого подсоединены ко входам указанных управляемых ключей; между выходом второго компаратора и входом распределителя им- 0 пульсов дополнительно включены последовательно соединенные логический элемент

2 ИЛИ и триггер, причем второй вход элемента 2 ИЛИ подсоединен к выходу первого компаратора, его выход — ко вхо- Ы ду установки нуля триггера, единичный установочный вход которого соединен с выходом задающего генератора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема НПЧ; на фиг. 2 — эпюры импульсов управления (индексы при сигналах соответствуют номерам выходов и входов блоков); на фиг. 3 — эпюра выходного напряжения преобразователя; на фиг . 4— диаграммы, поясняющие работу первого компаратора.

НПЧ включает в себя силовую схему

1,! состоящую из трех мостовых схем

2, 3 и 4, собранных на ключах 5««22 с двусторонней проводимостью, трехфазный датчик тока 23, расположенный на входе НПЧ и выходом подсоединеннью ко входу 24 первого компаратора 25, на второй вход 26 которого подается напряФ жение от источника 27 уставки тока, и

СУ 28, состоящую из ЗГ пилообразного напряжения, второго компаратора 30, один вход 31 которого соединен с выходом ЗГ 29, а второй вход 32 — с

Ф источником 33 уставки напряжения логического элемента 2 ИЛИ 34, один вход 35 которой соединен с выходом комнаратора 30, а второй вход 36 — с выходом компаратора 25, триггера 37, вход 38 установки нуля которого соединен с выходом схемы 2 ИЛИ 34, а вход

39 установки единицы с выходом ЗГ, и распределителя импульсов 40, вход 41 которого соединен с выходом триггера, 1а выходы — с ключами 5-22 силовой схемы l НПЧ.

Рассмотрим работу преобразователя.

Задающий генератор 9 формирует напряжение пилообразной формы с частотой б ц.,где f частота переключения ключей. Во втором компараторе 30 происходит сравнение этого напряжения, подаваемого на вход 31 с выхода ЗГ, с регулируемым уровнем напряжения уставки от источника 33, подаваемого на вход 32 указанного компаратора, в результате на его выходе формируются импульсы, которые поступают на вход 35 схемы

2 ИЛИ 34, Если токи на выходе трехфазного датчика тока 23 не превышают тока уставки от источника 27, то на выходе 36 первого компаратора 25 импульсы отсутствуют, и последовательность импульсов на входе 35 полностью повторяется на выходе 38 схемы 2

ИЛИ. Триггер 37 с раздельными входами управляется импульсами по единичному входу 39 и импульсами по нулевому входу 38 и служит для формирования управляющих импульсов 41, подаваемых на блок распределителя импулц5 9209 сов 40, На фиг. 2 обозначено: „- интервал времени, когда нагрузка подключена к сети, Q- когдв она закороченв.

Средняя величина выходного напряжения

НПЧ пропорциональна соотношению /, з где i„=l/6 8,, Распределитель 40 формирует последовательность импульсов управления 42 ключами 5-22 силовой схемы 1 НПЧ.

Заштрихованные участки управляющих 10 импульсов указывают на паузу в выход.ном напряжении. Узкие импульсы длительностью необходимы для организации "закоротки" нагрузки на время пау,зы. Пунктиром (фиг. 2) показаны для 15 случая малоиндуктивной нагрузки экспоненты нарастания и спадания токов в ключах.

Если ток на выходе 24 датчика тока

23 достигает значения тока уставки на выходе 26; например, в момент времени 1, или (фиг. 3), то на выходе 36 компаратора 25 появляются импульсы, которые добавляются к последовательности импульсов 38 на выходе схемы 2 ИЛИ

34. Они приводят к срабатыванию триггера 37 в соответствующие моменты времени. Благодаря этому прекращается нарастание тока в ключе и звкорачивает1 ся" нагрузка - ток нагрузки сйадает.

Поясним процесс формирования блоком

25 последовательности импульсов 6 fq.

На выходе выпрямителя датчика тока 23 формируется последовательность импульсов тока (фиг. 4, изображена упрощен35 .но). Нулевые "полки соответствуют моментам времени, когда нагрузка закорочена и оторванц от сети. Частота этих импульсов жестко связана с алгоритмом

Работы ЗГ 29 и равна 6 к. Моменты времени t, t<,... 4 совпадают сначалом и концом ."пилы" ЗГ. Если амплитуда импульсов тока превосходит уровень от сечки О,т, то на выходе компаратора 25 (IIo схеме это триггер Шмитта) будет

4S также последовательность импульсов с частотой 6 g. Лля наглядности (фиг. 2) проиллюстрирован случай, когда ток нагрузки на каком-то отрезке временИ непрерывно превосходит ток уставки. Если

50 же такое превышение происходит эпизодически, то импульсы на выходе блока

25 имеют меньшую частоту следования, но их появления жестко синхронизировано с работой задающего генератора.

Таким образом, с помощью общей для всех ключей допопнительной схемы, ко- торая отсутствует в известных НПЧ, производится ограничение тока нв заданном уровне, т.е. нв паузу в выходном напряжении накладывается дополнительное ограничение по мгновенному значению тока s ключе. За с чет этого достигается повышение надежности НПЧ причем не происходит нарушейий в алгоритме работы ключей.

Форма выходного напряжения и преобразователя при ШИР показана на фиг. 3.

Формула изобре тения

Непосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулироь нием выходного напряжения, содержащий силовую схему на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по < мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компвратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, сиотему управления, состоящую из задвющего генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним иэ входов второго компаратора, другой вход которого соединен с источником напряжения уставки, а выход - со входом распределителя импульсов выходы которого подсоединены ко входам указанных управляемых ключей, о т л и-ч а ю шийся тем, что, с целью:повышения надежности, за счет ограничения мгновенного значения тока нагрузки между выходом второго компаратора и ВхоАоМ распределителя импульсов включены последовательно соединенные логический элемент 2

ИЛИ и триггер, причем второй вход элемента 2 ИЛИ подсоединен. к выходу компаратора, его выход — ко входу ус твновки нуля триггера, а вход установки единицы последнего соединен с вЫходом задающего генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Карташов Р. П., Кулиш А. К., Чехет Э. М. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев, Техника, 1979, с. 150.

2. Авторское свидетельство СССР

N 483746, кл. Н 02 М 5/27, 1975.

3. Патент США 3493838, кл. 321/7, 1970.

Составитель Г. МьщыкРедактор Л, Плисак Техред M.Ãåðãåàü Корректор Г, Огар

Заказ 2372/69 Тираис 7 19 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретенйй .и открытий.

113035, Москва, ЖЗВ, Раушскаи наб., д, 4/8

° е

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4