Способ управления преобразователем частоты с непосредственной связью Советский патент 1984 года по МПК H02P13/30 

х

о со Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быт использовано в отраслях промьшшеннос ти, в которых требуется стабилизируе мое и регулируемое в ограниченных пр делах по величине, но отличное по ча тоте от общепромьгашенной или иной сети напряжение переменного тока. На пример в преобразователях, предназначенных для питания электроинструмента, во вторичных источниках питания, осуществляющих преобразование нестабилизированного по величине и частоте напряжения в стабилизирован-нее по этим параметрам напряжение. Известен способ управления преобразователями частоты с непосредственной связью с вентилями прямого тока с естественной коммутацией и последовательно соединенными выпрямителем и зависимым инвертором, в Котором регулирование величины напря жения выходной сети преобразователя осуществляется путем изменения угла урегулирования импульсов управления, подаваемых на вентили прямого тока. Для получения переменного напряжения на выходе преобразователя импульсы управления, подаваемые на вентили йрямого тока, модулируют в соответст вии с частотой, фазностью и порядком следования фаз выходной сети. Скважность модулирующих сигналов постоянная и равна трем. Вентили прямого то ка работают только в вьтрямительном режиме. Реактивная энергия нагрузки возвращается во входную сеть через последовательно соединенные выпрямитель и зависимый инвертор. Достоинст во этого способа управления - широко регулирование величины напряжения выходной сети, практически, от номинального значения до нуля 13Однако этот способ характеризуется изменением коэффициента мощности преобразователя при регулировании величины напряжения выходной сети, причем при уменьшении величины напря жения выходной сети происходит и уменьшение коэффициента мощности преобразователя. Наиболее близким к предлагаемому является способ управления преобразо вателем частоты с непосредственной связью с вентилями прямого тока с естественной коммутацией, последовательно с которыми включены дроссели, и последовательно соединенными вьтря мителями и зависимым инвертором, состоящий в том, что на вентили прямого тока подают импульсы управления вьтрямительного режима с неизменным и равным нулю углом регулирования, промодулированные в соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз выходной сети преобразователя, а на вентили зависимого инвертора подают импульсы зависимого инвертирования в соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз входной сети, регулирование величины напряжения выходной сети преобразователя осуществляют путем изменения скважности модулирующего сигнала прямоугольной формы, определяющего длительность подачи импульсов управления вьтрямительного режима на управляющие электроды вентилей прямого тока. Угол регулирования вентилей зависимого инвертора поддерживают не- . изменным во всем диапазоне регулирования величины напряжения выходной сети преобразователя. Достоинство известного способа - коэффициент мощности преобразователя остается неизменньгм и близким к единице Практически во всем диапазоне регулирования величины выходного напряжения 2. Недостатком известного способа является зависимость гармонического состава, а следовательно, и коэффициента, нелинейных искажений напряжения выходной сети от величины регулируемого напряжения. Цель изобретения - улучшение гармонического состава напряжения выходной сети преобразователя при регулировании величины этого напряжения. Указанная цель достигается тем, что изменяют величину угла опережения зажигания вентилей зависимого инвертора, причем для уменьшения величины напряжения выходной сети преобразователя угол опережения зажигания увеличивают, а для увеличения уменьшают, скважность модулирунлцего сигнала импульсов управления вентилей прямого тока поддерживают неизменной. На вентили зависимого инвертора подают импульсы управления режима , зависимого инвертирования в соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз входной сети. Регулирование величины напряжения выходной сети осуществляют изменением величины угла опережения зажигания импульсов управления зависимого инвертора. При этом изменяется величина тока, циркулирующего по цепи: входная сеть - вентили прямого тока выпрямитель - зависимый инвертор входная сеть. Изменение величины этого циркуляционного тока приводит к изменению величины падения напряжения на индуктивных сопротивлениях . дросселей, включенных последовательно с вентилями прямого тока, а следовательно, к изменению напряжения выходной сети. При этом форма кривой этого напряжения остается практически неизменной и на всем диапазоне регулирования величины напряжения, следовательно, и гармонический состав, и коэффициент нелинейных искажений остаются неизменными.

Применение способа ,наиболее целесообразно при относительно неглубоком регулировании, например, при регулировании с целью стабилизации величины напряжения выходной сети преобразователя.

На фиг. 1 представлен преобразователь трехфазного напряжения в трехфазное напряжение; на фиг. 2 - структурная схема варианта системы управления; на фиг. 3 - графики импульсов

На фиг. 1-3 приняты следующие обозначения: вентили 1-18 прямого тока; вентили 19-24 зависимого инвертора; выпрямитель 25-30; индуктивноемкостный фильтр 31-33; система 34 управления вентилями прямого тока; система 35 управления вентилями зави.симого инвертора; дроссели 36-38; блок 39 синхронизации; блок 40 фазовой задержки импульсов управления вентилями прямого тока; блок 41 фазовой задержки импульсов управлени вентилями зависимого инвертора; распределитель 42 импульсов управления вентилями прямого тока, синхронизованных с сетью входа ,ПЧ; распределитель 43 импульсов управления вентилями зависимого инвертора, синхронизированных с сетью входа ПЧ; генератор 44 нес5тцей частоты систеьш управления вентилями прямого тока; генератор 45 несущей частоты системы управления вентилями зависимого инвертора; формирователь 46-51 импулсов управления вентилями прямого

тока; формирователи 52-57 импульсов управления вентилями зависимого инвертора; выходные каскады 58-63 схемы управления вентилями прямого тока; выходные каскады 64-69 - схемы управления вентилями зависимого инвертора; распределитель 70 импульсов выходной частоты схемы управления вентилями прямого тока; задающий генератор 71 выходной частоты схемы управления вентилями прямого тока; фазные напряжения 72 сети входа ПЧ; выходные импульсы 73 блока синхронизации; выходные импульсы 74-76 первой, второй и шестой ячеек распределителя импульсов управления вентилями прямого тока соответственно; выходные импульсы 77 управления задающего генератора выходной частоты схемы управления вентилями прямого тока; выходные импульсы 78-80 первой, второй и шестой ячеек распределителя импульсов выходной частоты схемы управления вентилями прямого тока; выходное напряжение 81 генератора несущей частоты; выходное напряжение 82 и 83 формирователя импульсов управления вентилями прямого тока; напряжение 84 вторичной обмотки трансформатора выходного каскада схемы управления вентилями прямого тока; выходное напряжение 85 выходного каскада схемы управления венти лями прямого тока.

5 Реализация способа управления возможна в регулируемых преобразовав телях частоты с непосредственной связью с управляемыми вентилями прямого тока с естественной коммутацией и последовательно соединенными выпрямителем и зависимым инвертором при любом количестве фаз входной и выходной сетей преобразователя.

5 Импульсы управления вентилями

прямого тока вырабатываются системой 34 управления и подаются на вентили 1-18. Величина угла регулирования им пульсов управления этих вентилей ус0 танавливается равной нулю. Импульсы управления, подаваемые на отдельные группы (с общими анодами или с общими катодами) каждой фазы вьосодной сети преобразователя, промодулирова5 мы в соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз. Скважность модулирующего сигнала устанавливают постоянной и такой, которая обеспечивает няилучшнй гар51ионический состав наг(ряжеция выходно сети, например равную трем. Импульсы управления.вентилями зависимого инвертора вырабатываются системой 35 управления в соответствии с частотой фазностью и порядком следования фазы входной сети. Схема управления преобразователем частоты для осуществления описываемого способа управления может быть реализована различными путями. Блок 39 синхронизации вырабатывает синхроимпульсы - шесть импульсов на интервале одного периода фазного напрг ения сети входа преобразователя частоты (ПЧ) (фиг. 3). Эти импуль сы подают в блоки АО и 41 фазовых задержек. Посредством напряжений управления и-, и Uj (фиг. 2) эти блоки осуществляют фазовую задержку импульсов управления. С блоков фазовых задержек импульсы подают на распределители42 и 43, каждый из которых осуществляет распределение импульсов 74-76 на шесть каналов, сдвинутых друг относительно друга на 60 (в масштабе периода сети входа ПЧ) и имеющих длительность, равную 120° (также в масштабе периода сети входа ПЧ). Далее эти импульсы подают на входы формирователей 4651 и 52-57 импульсов. На остальные два входа каждого из формирователей 46-51 импульсов управления вентилями прямого тока подают два импульса один из которых - выходное напряжение 81 (фиг. 3) генератора 44 несущей частоты, а второй - выходные импульсы 78 (фиг. 3) распределителя 70 импульсов выходной частоты схемы управления вентилями прямого тока. Распределитель импульсов распределя ет на шесть каналов импульсы управления задающего генератора 71 выходной частоты схемы управления вентилями прямого тока. Выходные импульсы 82 и 83 формирователей импульсов управления венти лями прямого тока подают на входы выходных каскадов 58-63. Напряжение 84 вторичной обмотки трансформатора выходного каскада вьтрямляют и получают последовательность импульсов уп равления 85, синхронизированные с се 9 тью входа ПЧ, сдвинутые на требуемый угол (р(00 по отношению к напряжению сети входа ПЧ и промодулированные в Соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз выходной сети преобразователя. Импульсы управления системы управления вентилями прямого тока подаются на управляющие электроды - катоды вентилей прямого тока. Формирователи импульсов управления зависимого инвертора имеют два входа, на один из них подают импульсы от распределителя 43 импульсов управления вентилями зависимого инвертора, а на второй - от генератора 45 несущей частоты схемы управления вентилями зависимого инвертора. Выходные импульсы с этих формирователей подают на входы выходных каскадов 64-69 схемы управления вентилями зависимого инвертора. Таким образом, выходные импульсы схемы управления вентилями зависимого инвертора синхронизированы с сетью входа ПЧ; фазовое положение выходных импульсов регулируют напряжением управления J п (фиг. 2), и они распределены по вентилям зависимого инвертора в соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз сети входа ПЧ. Для изменения величины напряжения выходной сети изменяют угол опережения зажигания импульсов управления вентилей зависимого инвертора. Форма напряжения выходной сети согласно предлагаемому способу управления остается практически неизменной и близкой к прямоугольной, что и обусловливает постоянство гармонического состава и коэффициента нелинейных искажений напряжения выходной сети преобразователя. Следовательно, в процессе регулирования величины напряжения выходной сети преобразователя гармонический состав его не ухудшается, что позволяет уменьшить потери мощности в нагрузке от высших гармоник питающего напряжения, а в случае необходимости фильтрации напряжения выходной сети - позволяет уменьшить установленную мощность элементов фильтра, а также массогабаритные показатели не только фильтра, но и преобразователя в целом.

М

1

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ с вентилями прямого тока с естественной коммутацией, последовательно с которыми включены дроссели, и последовательно соединенными выпрямителем и зависимым инвертором, состоящий в том, что на вентили прямого тока подают импульсы управления выпрямительного режима с неизменным и равным нулю углом регулирования, промодулированные в соответствии с частотой, фазностью и порядком следа вания фаз выходной сети преобразователя, .а на вентили зависимого инвертора подают импульсы зависимого инвертирования в соответствии с частотой, фазностью и порядком следования фаз входной сети, отличаю:Щ и и с я тем, что, с целью улучшения гармоническЬго состава напряжениЙГ выходной сети преобразователя, изменяют величину угла опережения зажйга-г ния вентилей зависимого инвертора, причем для уменьшения величины напря жения выходной сети преобразователя угол опережения зажигания увеличивают, a для увеличения - уменьшают, скважность модулирующего сигнала импульсов управления вентилей прямого тока поддерживают неизменной.