Устройство для управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о&95259

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (ф1j gg 3

Н 02 Р 13 -30 (22) Заявлено 29i0931 (2! ) 3341772/24-07 с присоединением заявки 14о - .

Государствеиний комитет

CCC P по делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 07.02.83. Ьоллетень Йк.{Щ Яфф 621. 314..26(088.8) Дата овубликованмя о мсання 07.02.83

В. В. Иванцов f -" .Ã;;... ;„„ „-..,(ц

1 . .,т

1 .. -. ."". щ «««««р

«««.

4.у

:,(.Я

Новосибирский электротехнический Йндущтут«

/ (72) Автор изобретения (71) Заявитель

l (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫИ НЕПОСРЕДСТВЕННЫИ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике и-может быть использоваиодля управления.трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью (НПЧ) в составе источника электропитания переменного напря-жения стабильной частоты и амплитуды.

Источники переменного напряжения стабильной частоты используются на транспорте для питания различных . по характеру нагрузок и, в частности„ должны обеспечивать удовлетворительное качество электроэнергии при- ра боте на нелинейную нагрузку (например, выпрямители иа основе нулевых схем). Система управления преобразователем частоты в источнике элек-. тропитания должна также обеспечи-: вать исключение постоянной составляющей в токе нагрузки и преобразователя s режимах перегрузок и короткого замыкания.

Известно устройство управления трехфазным преобразователем частоты, которое содержит трехфазный задавщий генератор напряжения синусоидальной формы, генератор опорных напряжений, три канала регулирования фаз:ных напряжений синусоидальной формы с корректирующими звеньями, выходы которых через суммирующие элементы соединены с входамн регуляторов 11 ).

К недостаткам данного устройства относится. то, что в режимах перегрузок и короткого замыкания из-за уменыаения коэффициента усиления цепи обратной связи и по вйходнаму напряжению возможно .появление посто1g яниой и субгармонических составляющих в направлении и токе нагрузки

НПЧ

Наиболее близким по:технической сущности к предлагаемому является устройство для управления трехфазным непосредственным преобразователем .частоты с нелинейной нагрузкой, содержащее задающий генератор-трехфазного напряжения, три канала регулирования, каждый из которых включает два сумматора, .блок импульснофазового управления,-датчик тока нагрузки, цепь отрицательной обратной.связй по выходному напряжению и цепь отрицательной обратной связи

-по току нагрузки, подклвченнув через интегрирующий фильтр к второму,суаемирувщеиу элементу, причем соответ ствующий выход задающего генератора подклвчен к первому сумматору, выход второго сумматора -подключен к

995259 входу блока импульсно-фазового управления (2 l.

Недостатком известного устройства. является то, что при работе преобразователя частоты на нелинейную нагрузку, например выпрямитель на основе нулевой схемы выпрямления, потребляющий постоянную составляющую тока от преобразователя, выходное напряжение НПЧ суцественно искажается, так как отрицательная обратная связь по постоянной составляющей тока нагрузки воздействует на управляющее напряжение НПЧ, стремясь уменьшить постоянную составляющую в токе нагрузки за счет увеличения постоянной составляющей напряжения НПЧ, что противоречит алгоритму работы контура обратной связи по выходному напряжению. В Результате в системе управления НПЧ возникают неуправляемые колебания, искажающие выходное 20 напряжение, которые могут привести к необходимости отключения преобразователя от нагрузки.

Цель изобретения — повышение ка- 25 чества выходного напряжения преобразователя частоты при работе на нелинейную нагрузку.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления 30 трехфазным непосредственным преобразователем частоты с нелинейной нагрузкой, содержацее задающий генератор трехфазного напряжения и три канала регулирования, каждый иэ кото- 35 рых включает два сумматора, блок импульсно-фазового управления, датчик тока нагрузки, цепь отрицательной обратной связи по выходному напряжению и цепь отрицательной об- 40 ратной связи по току нагрузки, подключенную через интегрирующий фильтр к второму суммирующему элементу, причем соответствующий выход задающего генератора подключен к первому сумматору, выход второго сумматора подключен к входу блока импульснофаэового управления, снабжено в каждом канале регулирования двумя компараторами, ключам сброса в интегрируюцем фильтре, интегрально-дифференциальным звеном с ключом сброса и усилителем-ограничителем, включенным между выходом первого и входом второго сумматоров, выход одного иэ компараторов предназначен для под- 55 ключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к управляющему входу ключа сброса интегрирукндего фильтра, вход интегрально-дифференциалЬного звена предназначен для 60 подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к первому сумматору, вход другого компаратора подключен к выходу датчика тока, а выход — к управляющему входу ключа у сброса интегрально-дифференциального звена.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры нанряжений, поясняющие работу устройства управления.

Устройство содержит задающий генератор- 1 трехфазного напряжения синусоидальной формы, выходы которого подключены через первые сумматоры 2-4 к усилителям-ограничителям

5-7, выходы которых через один из входов вторых сумматоров 8-10 и блоки 11-13 импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами тиристорных-комплектов 14-16.

На выходе, каждой фазы НПЧ установлены силовые фильтры 17-19, датчики

20-22 токов нагрузки и датчики 23-25 выходного напряжения, измеряющие мгновенное значение напряжений на нагрузке 26-28. В цепях обратной связи по току установлены компараторы 29-31 напряжения и фильтры 32-34, имеющие интегрирующие конденсаторы

35-37 и ключи 38-40 сброса напряжения. Выходы цепей обратной связи по току соединены с входами вторых сумматоров 8-10. В цепях обратной связи по напряжению установлены компараторы 41-43 токов и интегральнодифференциальные звенья 44-46, содержащие интегрирующие конденсаторы

47-49 и ключи 50-52 сброса напряжения. Выходы цепей обратной связи по напряжению подключены к входам первых сумматоров.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства (фиг. 1), воспользовавшись эпюрами напряжений, поясняющими принцип действия устройства управления для одной фазы НПЧ (фиг. 2).

На фиг. 2 изображены выходное напряжение (53) одного из датчиков 23-25 и уровни срабатывания компараторов

29-31 напряжения (54, 55), выходные импульсы (56)компараторов напряже,ния, сигнал датчика тока нагрузки НПЧ (57) и уровни срабатывания компараторов 41-43 тока (58, 59), выходной сигнал компаратора тока (60), I напряжение на интегрируюцей емкости .47-49 звена в цепи обратной связи по напряжению (61) и напряжение на интегрируюцей емкости 35-37 фильтра в цепи обратной связи по току нагрузки (62).

Устройство работает следующим образом.

В режимах работы НПЧ на нагрузку, не превышающую номинальную, в том числе и при работе на выпрямитель по нулевой схеме, выходное напряжение на нагрузке 26-28 стабилизируется на заданном уровне обратной связью по выходному напряжению. При

1 этом напряжение 53 датчика (фиг. 2) превышает уровни 54 и 55 срабатыва995259

Формула изобретения ния компаратора 54 и 55 и на его выходе формируются импульсы 56, осуществляющие сброс напряжения с конденсатора фильтра в цепи обратной, связи по току. Частота импульсов равна двойной частоте выходного на- пряжения 53 преобразователя, так как компаратор реагирует на обе полуволны напряжения НПЧ. При этом выходное напряжение 62,фильтра (фиг. 2) практически равно нулю, обратная связь по току разорвана и не влияет на работу НПЧ, на нелинейную нагрузку. потребляющую постоянную составляющую тока 57 (фиг. 22.

В рассматриваемом режиме ключи

50-52 сброса В каналах обратной связи по вйходному напряжению разомкнуты, так как сигналы датчиков 20-22 тока меньше уровней срабатывания компараторов тока 57-59. При этом замкнута отрицательная обратная связь с большим коэффициентом усиления по низкочастотным составляющим напряжения ННЧ, уменьшающая субгармоники и постоянную составляющую в выходном

- напряжении. Применение интегральнодифференциальных звеньев в контуре регулирования напряжения позволяет улучшить форму выходного напряжения преобразователя частоты эа счет уменьшения низкочастотных и части высокочастотных гармоник,а включение этих звеньев в цепи обратной связи позволяет упростить задающий генератор 1 системы управления, так как снимает требование исключения постоянной составляющей в выходном сигна.ле задающего генератора 1.

В режиме перегрузки и короткого замыкания выходное напряжение НПЧ существенно уменьшается, а ток нагрузки возрастает (53, 57, фиг. 2).

В этом режиме коэффициент усиления преобразователя частоты по напряжению уменьшается, что приводит к снижению эффективности отрицательной;обратной связи по напряжению. Кроме того, возможно появление неконтролируемой постоянной составляющей сигнала на выходе интегрально-дифференциального звена из-за возрастания влияния паразитных параметров его усилителя, что может ухудшить переходный процесс возвращения системы в нормальный режим работы. В рассматриваемом режиме более эффективное уменьшение постоянной и субгармонических составляющих в выходном сигнале

НПЧ (В заданном случае — ток нагрузки 1 может быть осуществлено с.по- . мощью обратной связи по току нагрузки, которая начинает действовать, так как ключи 38-40 сброса напряжения (фиг. 1) размыкаются при уменьшении выходного напряжения преобразователя и прекращении генерации импульсов компараторами напряжения (56, 62, фиг. 2) . Возрастание сигнала датчика .тока (фиг.. 22 выше уровней срабатывания компараторов тока приводит к генерации ими импульсов, которые поступают на ключи 50-52 и .осуществляют двухкратный за период выходной частоты сброс напряжения с конденсаторов 47-49 интегральнбдифференциальных звеньев 44-46, что исключает увеличение постоянной составлякщей их выходных сигналов.

При переходе в нормальный режим

1© работы схеМа возвращается. в исходное состояние, когда цепь обратной связи по току разорвана, а цепь обратной связи II0 низкочастотным составляющим напряжения имеет боль1з шой коэффициент усиления.

В прототипе цепи обратной связи по напряжению и току действуют одновременно, что вызывает искажения напряжения преобразователя при ра Щ боте на нелинейную выпрямительную нагрузку.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет исключить одновременное действие цепей обратной связи по напряжению и току при работе на нелинейную нагрузку

При этом повышается качество выходного напряжения преобразователя и расширяются функциональные возможЗО ности системы электропитания с преобразователем частоты.

Разделение работы обратных связей по напряжению и току в зависимости от режима нагрузки НПЧ исключает

ВОЭМОЖНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДОПОЛНИтельных искажений напряжения НПЧ при работе на нелинейную нагрузку, при этом качество выходного напряжения

НПЧ повышается.

Устройство для управления трехфазным непосредственным преобраэова4 телем частоты и нелинейной нагрузкой, содержащее задающий генератор трехфазного напряжения и три канала регулирования, каждый из которых включает два сумматора, блок импульсM но-@a3oaoro управления, датчик тока нагрузки, цепь отрицательной обратной связи по выходному напряжению и цепь отрицательной обратной связи по току нагрузки, подключенную через интегрирующий фильтр к второму суммирующему элементу, причем соответствующий выход задающего генератора подключен к первому сумматору, выход второго сумматора, подключен к входу блока импульсно-фазового уп60 равления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, оно снабжено в каждом канале регулирования двумя компараторами, ключом сброса в инЯ тегрирующем фильтре, интегрально-диф995259 ференциальным звеном с ключом сброса и усилителем-ограничителем, включенным между выходом первого и входом второго сумматоров, вход одного из компараторов предназначен для подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к управляющему входу ключа сброса интегрирующего фильтра, вход интегрально-дифференциального звена предназначен для подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к первому сумматору, вход другого компаратора подключен к выходу датчика тока, а выход — к управляющему входу ключа сброса интегрально-дифференциаль ного звена.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иванцов В.В., Подьяков Е.А.. и др. Стабилизация выходного напряжения системы электроснабжения переменного тока с преобразователем частоты.-Сб. "Преобразовательная техника", Новосибирск, НГУ-НЭТИ, 1978, с. 165, 167.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 663063, кл. Н 02 Р 13/16, 1979.

995259

1.

Составитель Г. Е@имов

Техред Л.Пекарь Корректор В. Прохненко

Редактор Л. Филь

Тираж 685 : Подписное BHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 666/42

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 (1 ((1(