Непосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02P13/30 H02M5/27 

1 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты для регулируемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей. Известны непосредствриные преобразователи частоты (НПЧ) с широтноимпульсным регулированием (ШИР) выходного напряжения. Для осуществления ШИР в выходном напряжении формируют паузу, на время которой нагрузка откл очается от источника пита ния и закорачивается ClJ-ГЗ. Недостатком известных НПЧ с ШР является то, что длительность паузы формируют только в зависимости от требуемой величины действующего (среднего) значения, выходного напря жения либо вводят паузу каждый раз когда мгновенное значение выходного тока превышает заданньш уровень Мгновенные значения токов в полу проводниковых ключах преобразователей определяются мгновенными значениями питающих напряжений и параметрами нагрузки. При переменном характере нагрузки мгновенное значение тока может превышать допустимую величину, что ведет с выходу из строя транзрюторного ключа или к срьшу коммутации в тиристорном преобразователе с искусственной коммутацией, если не предусмотрен значительный запас по величине коммутирующей ёмкости. Недопустимость пере грузок по току снижает надежность преобразователя при работе его на переменную нагрузку. Наиболее близким к изобретению является непосредственный преобразо ватель частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, содержащий силовую схему на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схеме, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, другой вход которого соединен с источни-i 92 ком напряжения уставки, а выход с одним из входов логического элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого компаратогра, а выход - с входом установки нуля триггера, единичный установочный вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а выход к входу распределителя импульсов управления силовыми ключами З. Если ток на выходе датчика тока в любой из фаз достигает значения тока уставки, та срабатывает первый компаратор и через схему ИЛИ сбрасывает в нуль триггер независимо от состояния второго компаратора, определяемого значением напряжения уставки и пилообразного напряжения задающего генератора. Таким образом, момент сравнения тока с заданным уровнем определяет начало паузы в выходном напряжении преобразователя, что.приводит к ограничению мгновенного значения тока в нагрузке. Однако формирование пауз происходит одновременно во всех выходных фазах преобразователя. Вместе с этим искажается и форма выходного напряжения во всех фазах и, соответственно, форма тока. Если превьшение мгновенного значения тока носит нерегулярный характер, то при описанном способе введения паузы возможно появление в выходном токе постоянной составляющей, а для трехфазного выхода и составляющих обратной последовательности. Взаимное влияние фаз на форму выходного тока можно исключить, если импульсы управления силовыми ключами формировать по независимь1м каналам для каждой выходной фазы. Такое решение приводит к усложнению системы управления. Цель изобретения - ул п4:шение формы выходного тока. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем силовую схему на полностью 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 подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, источник напряжения уставки, распредели тель импульсов, выходы которого под соединены к входам управляемых ключей силовой схемы, введены дополнительно формирователь ni-тообразного напряжения и сумматор, причем вход формирователя пилообразного напряжения соединен с выходом первого ко паратора, выход его подсоединен к одному из входов сумматора, второй вход-которого соединен с источником напряжения уставки, а выход - с вхо дом второго компаратора, который своим выходом подсоединен к входу распределителя импульсов. На фиг. 1 изображена функциональ ная схема преобразователя; на фиг. 2, - временные диаграммы, поясняющие последовательность формирования управляющих импульсов (номера диаграмм соответствуют номерам входов и выходов блоков на функциональной схеме); на фиг. 3 - эпюра выходного напряжения одной из фаз трехфазного мостового преобразовател.я. Преобразователь содержит силовую схему 1, собранную по трехфазной мостовой схеме на ключах с двусторо ней проводимостью, трехфазный датчик 2 тока, расположенный на входе НПЧ и подключенный к входу 3 первого компаратора 4, на другой вход 5 которого подается напряжение от источника 6 уставки тока, формирователь 7 пилообразного напряжения, который входом 8 подсоединен к выходу первого компаратора 4 и выходо к входу 9 сумматора 10, на другой вход 11 которого подается напряжение от источника 12 уставки напряжения, второй компаратор 13, вход 14 которого соединен с выходом сумматора 10, а вход 15 - с выходом задающего генератора 16 пилообразного напряжения, и распределитель 17 импульсовуправления cилoвы ш ключами, вход 18 которого соединен с выходом второго компаратора 13, а выходы - с ключами 19-36 силовой схемы 1 НПЧ. Преобразователь работает следующим образом. Напряжение с выхода датчика2 т ка подается на вход 3 первого компаратора 4 и сравнивается с напряжением источника 6 уставки тока. подаваемым на другой вход 5. В случае непредвиденного наброса нагрузки преобразователя или по какой-либо другой причине мгновенное значение тока может превысить заданный уровень, и тогда первый ко шаратор 4 выдает импульсы, соответствующие моментам равенства напряжения датчика 2 тока и напряжения источника 6 уставки тока. Предположим, что датчик 2 токазафиксировал превышение мгновенного значения -тока в моменты времени t, t,,, t (диагра - ма 8, фиг. 2). .Иьшульсы с выхода первого компаратора 4 поступают на вход формирователя 7 пилообразного напряжения. Этот формирователь может быть построен, например, в виде интегратора с зарядной емкостью. При поступлении и myльcoв на вход 8 емкость разряжается, затем начинается процесс заряда и нарастания напряжения на выходе формирователя (фиг. 2). При этом постоянная времени выбирается такой, что6 Vaip So p .р Д Т -г - период пилообразного напряжения задающего генератора 16. На фиг. 2 время перезаряда емкости показано соизмеримым с периодом задающего генератора из соображений наглядности. Напряжение с выхода форг-щрователя 7 и напряжение с выхода источника 12 уставки напряжения с разной полярностью подаются на входы 9 и 11 сумматора 10. В результате уровень напряжения уставки на выходе сумматора 10 понижает-. ся в момент времени t., и медленно нарастает до своего исходного значения в момент времени t, затем процесс повторяется каждый раз, когда происходит сравнение тока с заданным уровнем (диаграмма 14, фиг. 2). Напряжение с выхода сумматора 10 поступает на вход 14 второго компаратора 13, на другой вход 15которого поступает пилообразное напряжение задающего генератора 16(диаграмма 15, фиг. 2). Регулируемые по скважности импульсы на выходе второго коьшаратора 13 показаны на временной диаграмме 18 (фиг. 2). Они поступают на вход 18 распределителя 17 и служат для формирования последовательности импульсов 37 управления силовыми ключами 19-36. Уровень напряжения, с которым сравнивается пилообразное напряжение задающего генератора 16, задает длительность паузы в выходном напряжении НПЧ. Таким образом, корректируя напрялсение датчика 12 уставки с помощью суммутора 10 в сторону уменьшения, тем самым уменьшают напряжение на вьосоде преобразователя увеличивают паузу) и ограничивают мгновенное значение тока. Если уровень уставки напряжения выбран таким, что при некоторых изменениях нагрузки или напряжения питающей сети ток может достигать недопустимых значений, то происходит автоматическое пони жение уровня уставки и ограничивается нарастание тока. Причем этот режим работы может быть как кратковременным, так и продолжительным, не внося существенных искажений и асимметрии в систег- выходных напряжений и токов преобразоватепя. Таким образом, достигается ул чшение формы выходного тока, что приводит к улучшению технико-экономических показателей при эксплуатации преобразователей частоты с непосредственной связью.

Наиболее близким по принципу работы в качестве базового объекта может быть выбран преобразователь частоты, используемый для частотного управления электроприводом препаративной ультрацентрифуги. Для повышения надежности преобразователя частоты формируют паузу в напряжении каждый раз, когда мгновенное значение тока превышает уставку тока. Это приводит к искажению выходного тока и неблагоприятно сказывается на работе электродвигателя и ультрацентрифуги в целом.

Предлагаемый НПЧ с ШИР дает возможность ограничивать величину мгновенного значения тока, не искажая его выходную форму.

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовую схему на полностью управляемых ютючах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в ка5кдой входной или выходной фазе, выходы которых подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, источник напряжения уставки, распределитель импульсов, выхо-. ды которого подсоединены к входам управляемых ключей С1товой схемы, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходного тока, в него введены дополнительно g формирователь пилообразного напряжения и сумматор, причем вход форми(Л рователя пилообразного напряжения с соединен с выходом компаратора, выход его подсоединен к одному из входов сумматора, другой вход которого соединен с источником напряжения уставки, а выход - с входом второго компаратора, которьш своим выходом подсоединен к входу - ю распределителя импульсов. 4;ib СО

nnnn П ППП ПППГ1ПП nr

If

ttfH