Устройство для управления преобразователем частоты Советский патент 1984 года по МПК H02P13/30 

Изобретение относится к электротехнике; и может быть использовано при-создании регулируемого стабилизированного источника напряжения Или тока в электроприводе переменного.тока. Известно устройство для управления преобразователем частоты (ПЧ), содержащим неуправляемый выпрямитель автономный инвертор (АИ), а также фильтр, включенный между ними, :состоящее из генератора управляющего напряжения, генератора опорного напряжения и модулятораLi 1 Недостатком данного устройства яв ляется значительное ухудшение качест ва выходной энергии ПЧ при глубоком регулировании амплитуды его.выходног напряжения (тока), а также существен мое возрастание потерь энергии п вышении .частоты коммутации, что вызы вается необходимостью улучшения формы кривой выходного напряжения (тока) . Наиболее близким к изобретению яв ляется устройство управления ПЧ, содержащим управляемый выпрямитель (УВ АИ, а также фильтр,.включенный между ними, состоящее из блока управления выпрямителем (БУВ), выход кото рого соединен с УВ, и блока управления инвертором (БУИ), выход которого соединен с АИ. Кроме того, выход последнего связан со входом датчика обратной связи, вькоД которого соединен со входом схемы сравнения, име щей еще один вход для сигнала задания, а также выход, связанньй с БУВС21 Недостатком известного устройства является малое быстродействие контура регулирования амплитуды выхо ного напряжения (тока). БыстродейСтиве в данном случае можно увеличит уменьшив параметры фильтра, включенного после УВ, но при этом ухудшится качество вьгходной энергии ПЧ. . Цель изоб.ретения - повышение быст родействия ПЧ. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем частоты, состоящим из управляемого выпрямителя, фильтра и автоиомного инвертора, со|Держащеё блок управления инвертором, выход которого предназначен для подключения к инвертору соединеннные последовательнопервый датчик оОрат16 .- . ной связи, первый блок сравнения с входом сигнала задания и блок управления выпрямит|глем, выход которого предназначен для подключения к выпрямителю, снабжено вторым датчиком обратной связи, вторым блоком сравнения, генератором синусоидального задающего сигнала с двумя входами, причем вход второго, датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу инвертора, выход соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального задающего сигнала, выход подключен к входу блока управления инвертором, вход первого датчика обратной связи предназначен для подкдпочения к выходу фильтра, первый вход генератора синусоидального задающего сигнала предназначен для . подключения сигйала управления, а второй вход подключен к входу сигнала задания первого блока сравнения . На чертеже приведены преобразователь частоты и предлагаемое устройство. Устройство для управления преобразователем частоты, содержащи1м фильтр (Ф) 2, автономный инвертор 3, нагрузку (И) 4, состоит из блока управления вьтрямителем 5, блока управления инвертором 6, датчиков обратной связи (Д1 и Д2) 7 и 8, блоков сравнения (С1 и С2) 9 и 10, генератора синусоидального задающего сигнала (ГЗ) 11. i, . Для стабилизации и регулирования . одной выходной величины ПЧ (напряжения или тока) в устройстве используются два контура отрицательной связи: по напряжению управляемого выпрямителя. (Е,р) и по напряжению (току) на выходе инвертора 3. Первый контур (Ф,Д1, С1, БУВ, УВ, Ф) предназначен для регулирования и стабилизации выходного напряжения (тока) инвертора 3 путем регулирования и стабилизации напряжения на выходе УВ в соответствии с задакмцим сигналом EJ. При изменении этого сигнала, а также при наличии возмущений со стороны питающей сети (U)-или нагрузки данный контур создает (или стабилизирует) на выходе УВ такой уровень Ejj, который обеспечивает на выходе инвертора 3 требуемую амплитуду напряжения (тока). Таким образом, С помощью первого контура осуществляется амплитудно-импульсный ме тод управления ПЧ. Второй контур (АИ, Д2, С2, БУИ и АИ) предназначен для дополнительного регулирования и стабилизации выходного напряжения (тока) инвертора 3 при различных задающих (в соответствии с синусоидальным задающим сигналом ЕЛ) и возмущающих (по сети и по нагрузке) воздействиях методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Амплитуда.и частота EJ линейно зависят соответственно от сигналов Е и Е, . Регулирование и стабилизация контуром с ШИМ осуществляется пу тем изменения глубины модуляции инвертора 3. Второй контур регулиров ния по сравнению с первым является, б лее быстродействующим. Это определяется следующими причинами. Во-первых, первый контур регулирования и второй в качестве сигналов обратной связи используют соответственно Медленно (EQ) и быстро меняющееся ( U ) напряжения по отно щению к сигналу задания. Скорость .рзменения напряжения EQ определяется параметрами фильтра 2, присутствующе го в первом контуре. Во-вторых, быстродействие отработки сигнала задания каждым контуром определяется его частотой выработки управляюпщх импульсов, которая в к;онтуре регулирования с ШИМ, как правило, выше, чем в контуре с амплитудноимпульсной модуляцией (АИМ). Хотя контур с ШИМ является более быстродействующим, он имеет вспомогательное значение. Данный контур оп ределяет способность ПЧ регулировать и стабилизировать выходное напряжени (ток) АИ только в динамических режи мах, (в контуре кроме ШИМ могут использоваться и другие аналогичные по быстродействию методы регулирования: широтно-импульсное регулирование, фа вое и т.д.). В статике и в медленно изменяющихся процессах регулирование и стабилизация осуществляется контуром с АИМ. Рассмотрим взаимодействие двух суще ствующих контуров. Будем, для сокращения называть их следующи образом: контур регулирования по методу АИМКАИМ, контур регулирования по методу ШИМ-КШИМ. В статике контура выполняют, следующие функции. . КАИМ обеспечивает необходимый уровень Е , а. следовательно, амплитуду выходного напряжения (тока) инвертора 3. Параметры датчика 8 подбираются такими, чтобы КШИМ при этом обеспечивал максимально возможный уровень глубины широтно-импульсной модуляции (0,8-0,9), при котором качество выходной энергии АИ является наилучшим. В динамике можно выделить три режима в соответствии с видами возмущений: изменение сигнгша задания Е., изменение питающей сети, изменение нагрузки. Процессы в обоих контурах происходят одновременно, но в силу того, что один из контуров более инерционный, можно (для простоты описания) считать, что процессы в контурах происходят последовательно: сначала в менее инерционном, потом в более инерционномИзменение Е. В силу большой инерционности КАИМ в этом случае (а также в последующих) в первую очередь срабатывает КШИМ: изменится амплитуда сигнала Ej, а следовательно, и сигнала ошибки, ,-(j. Изменение U цриведет к изменению глубины модуляции АИ, что в нужную сторону изменит амплитуду выходной величины ПЧ, устанавливая ее на нужном уровне. Одновременно сигнал Е влияет на КАИМ. На выходе блока сравнения 9 появится первый сигнал ошибки:) Vfi ; Через определенное время (в соответствии со своей постоянной времени) контур регулирования путем изменения угла управления выпрямителя 1 отрабатывает данный сигнал и устанавливает Ер на необходимый уровень, определяемый сигналом Е. Но так как КШИМ уже отработал сигнал Е через Е и сам установил выходную величину АИ на требуемый уровень, то установленная величина Е будет для него новым возмущающим воздействием. Последнее КШИМ отрабатывает, тем самым возвратив величину глубины модуляции до исходного значения. Изменение напряжения питающей сет В этом случае EQ, а следовательно, ,S11 и выходная величина инвертора, будет меняться со скоростью, определяемой постоянной времени фильтра 2. Эта же постоянная времени определяет инерционность работы КЛИМ. Следовательно, данное возмущение будет нейтрализовываться, в основном, контуром КАИМ, стабилизирующим Е на необходимом уровне. Изменение нагрузки. Так как динамика данного режима довольно сложна, рассмотрим его на конкретном примере-слежении за током нагрузки (Ди) . Пусть Э увеличился. При этом сразу сработает КШИМ, уменьшив глубину модуляции. Это приведет к уменьшению напряжения на выходе АИ, что восстановит требуемое значение 3f4 Но ток, потребляемьш инвертором ( Эд прямо пропорционален глубине модуляции АИ (при постоянно.м . Эу, ) . СлеВыпрядовательно, Эд уменьшится. митель обладает определенньм наклоном своей внешней характеристики. Поэтому уменьшение 3 приведет к повышению Е . Новый уровень будет возмущением для КАИМ. Через определенное время КАИМ восстановит Е - уменьшит его, при этом уменьшится Jg , а сл довательно, и Эц становится при это 6 ниже заданной величины. КШИМ отработает последнее уменьшение путем увеличения глубины модуляции, возвращая ее к исходной величине. Аналогичные процессы протекают при изменении нагрузки и в случае слежения за выходным напряжением АИ. В случае слежения за :Э датчик 8 безинерционное звено-, при слежении же за выходным напряжением датчик 8 должен быть фильтрующим (для вьщеленил гладкой составляющей выходного напряжения) . В силу своего быстродействия КШИМ может обрабатывать и пульсации напряжения на входе АИ, что позволяет до определенной величины уменьшить параметры фильтра 2, а следовательно, его весо-габаритныэ показатели, и повысить быстродействие КАИМ. Таким образом, предлагаемое устройство, состоящее из двух контуров регулирования и стабилизации одной вы ходкой величины ПЧ (напряжения, тока; объединяет в себе достоинства обоих контуров регулирования. Быстродействие определяется контуром КШИМ, а качество выходной энергии (в статике) контуром КАИМ.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ, состоящим из управляемого выпрямителя, фильтра и автономного инвертора, содержащее блок управления инвертором, выход которого предназначен для подключения к инвертору, соединенные последовательно первый датчик обратной связи, первый блок сравнения с входом сигна;ла задания и блок управления вьтрями- . :телем, выход которого предназначен для подключения к выпрямителю, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено вторым датчиком обратной связи, вторым блоком сравнения, генератором синусоидального задающего сиг.нала с двумя входами, причем вход второго датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу инвертора, выход соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального задающего сигнала, выход подключен к входу блр-1 управления инвертором, вход пер-, врго датчика обратной связи предназначен для подключения к выходу фильтра,первый вход генератора синусоидального задающего сигнала предназначен для подключения сигнала управления, а второй вход подключен к входу сиг, нала задания первого блока сравнения .