Способ управления трехфазно- @ -фазным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M9/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам управления преобразователями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано при построении преобразователей частоты для регулирования электроприводов переменно го тока. Известны способы управления прео разователями частоты с непосредстве ной связью, использукицие широтно-им пульсное регулирование :(ШИР) выходн го напряжения. Указанные способыуправления осно ны на периодическом подключении нагрузки к линейным или фазным напряж ниям трехфазной питающей сети с пом щью мостовых или нулевых схем на по ностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, С этой целью для каждого из указанных ключей фор мируют многофазную последовательнос управляющих импульсов, изменением дпительности котррых меняют выходное напряжение преобразователя lj и 2 . Существенным недостатком этих способов управления является неблагоприятное влияние преобразователя на питающую сеть, заклочаклцееся в появлении коммутационных перенапряжений и обусловленное прерывистьм характером входного тока. f Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления трехфазно-ш-фазным преобразователем частоты с непосредственной связью,.состоящим из m трехфазно-однофазных преобразователей, выполненных по мостовой схеме на полностью управляемых ктаочах с двусторонней проводимостью, заключающимися в том, что для управления указанными ключами формируют импульсные последовательности, сдви нутые между собой на й/З для различных ключей каждого из.трехфазно однофазных преобразователей и на Zf/m для одноименных ключей различ ных преобразователей и составленные из трех интервалов задания проводимости ключей длительностью 1Г/3 каждый, причем в течение первого интер вала проводимость задают неизменной а в течение второго и третьего ийтервалов,сдвинутых относительно пер вого на 7/3 и IT соответственно, производят модуляцию проводимости П 5,1 по методу высокочастотного ШИР и взаимное инвертирование импульсов на этих интервалах. В результате такого способа управления выходное напряжение преобразователя регули-. руется путем введения пауз, во время которых каждая фаза нагрузки отключается от питающей сети и закорачивается указанными ключами. При этом используется высокочастотное ШИР, т.е. в течение одного такта работы преобразователя, когда кривая выходного напряжения формируется из одного и того же отрезка кривой входного напряжения, указанное отключение нагрузки от питающей сети производится несколько раз. Кроме того, каждое отключение производится одновременнопо всем. пТ выходным фазам преобразователя t3 . Недостатком известного способа управления является ухудЪёние кривой входного.тока при глубоком регулировании, что приводит к увеличению коммутационных перенапряжений в сети. Целью изобретения является уменъ- шение искажений питающей сети при ОШР выходного напряжения преобразователя путем снижения на ее зажимах коммутационных перенапряженМ. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления трехфазно-щ-фазньм преобразователем частоты с непосредственной связью, состоящим из m трехфазно-однофазных преобразователей, выполненных по мостов.ой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостыо, заключающемуся в том, что для управления ключами формируют импульсные последовательности, сдвинутые между собой на 11/3 для различных ключей каждого из трехфазно-однофазных преобразователей и на 2(/fn для одноименнык кЛочей различных преобразователей и составленные из трех интервалов задания проводимости ключей длительностью «/3 каждый, причем в течение первого интервала проводимость задают неизменной, а в течение вто- рого и третьего интервалов, сдвинутых относительно первого Hait/3 и I) Соответственно, производят мoдVляцию проводимости по методу высокочастотного ШИР и инвертирование импульсов на этих интервалах-, , импульсы высокочастотного ШИР для каждого из трехфазно-однофазного преобразователей.подают со сдвигом на 2ц/гт1 к периоду.. На фиг, 1 изображена принципиальная схема трехфазно-трехфазного моетового преобразователя частоты на фиг. 2 - функциональная схема системы управления, реализующей предложен ный способ; на фиг.; 3 - временные диаграммы импульсов управления силоВЫ4И ключами, эпйры выходного напряжения, составляющей входного тока, потребляемого по фазе А трехфазной питаницей сети при работе фазы с|, преобразователя, а также результирукяцего входного тока фазы А при работе всех фаз преобразователя по известному способу (для наглядности в качестве примера рассмотрена активная нагрузка); на фиг. 4 - временные диаграммы {тпульсов управления сштовьми ключами, эпюры выходного напряжения и составляющей входного тока, потребляемого по фазе А питающей сети при работе фазы Ь преобразователя по предлагаемому способу; на фиг. 5 - временные диаграммы импульсов управления силовьми ключами, эпю ры выходного напряжения и составляющей входного тока, потребляемого по фазе А питающей сети при работе фазы с преобразователя по предлагаемому способу, а также результирующего входного тока фазы А. Сущность предлагаемого способа управления состоит втом, что при ШИР выходного напряжения преобразов теля отключение нагрузок от питающе сети производится не одновременно, как в известном способе, когда во входных фазах потребляемый ток скач ком снижается до нуля, а со сдвигом на , т.е. от сети при каждом таком отключении отсоединяется толь одна из нагрузок, остальные продолжают потреблять ток. Поэтому максимальное изменение входного тока в ка дый момент отключения снижается, на пример, для трехфазно-трехфазного преобразователя приблизительно в Чз раз. Вследствие этого снижаются и коммутационные перенапряжения на входных зажимах питающей сети. Рассмотрим реализацию предложенного способа управления на примере . схемы преобразователя и системы упр ления им (фиг. 1-5). Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит полностью управляемые ключи 1a-6q, 1b-6b, 1с-6с с двусторонней проводимостью, соединенные в трехфазные мостовые схемы с нагрузками Тйг, 7Ь и 7с и входными фазами А, В, С питающей сети. На функциональный схеме (фиг.2а) первый эадающгй генератор 8 соединен с пересчетной цепью 9, второй задающей генератор 10 - с фазосдвигаюцим устройством 11, выходы 12-14 которого соединены с входами инвертирующих схем 15-17 соответственно. Выходы 1823 пересчетной цепи 9, выходы 12-1Д фазосдвигагщего устройства И и выходы 24-26 инверторов 15-17 подаются на логический блок 27, состоящий из одинаковых логических ячеек 28-45, Устройство одной из таких логических ячеек 28 показано на фиг. 2S. Логи ческий элемент И 46 (фиг. 2б) соединен по входу с выходом 19 пересчетной цепи 9 и выходом 12 фазосдвигающего устройства 11, логическ1й элемент И47 по входу с выходом 21 пересчетной цепи 9 и выходом 24 инвертора 15, логический элемент ИЛИ 48 - по входу с выходами 49 и 50 элементов И 46 и 47 и ,с выходом 18 пересчетной цепи 8 На выходе логического элемента ИЛИ 48 формируются импульсы управления сило- вьми ключами 1q, 1Ь, 3с (фиг. 1) по известному способу и импульсы управления силовьм ключом 101 по предлагаемому способу (фиг. 3). На выходах логических ячеек 29-33 формируются импульсы управления остальными кяочами по известному способу и ключами 2o-6q по предлагаемому способу (фиг. 3), На выходе логических ячеек 34-39 формируются импулх сы управления си- ловьми ключами 1Ь-6Ь, на выходах логических ячеек 40-45 - импульсы управления силовыми ключами 1с-6с по предлагаемому способу (фиг. 4 и 5). Номера ключей и нагрузки на фиг. 1 соответствуют номерам выходов схем на фиг. 2 и номерам временных диаграмм на фиг. 3-5. Рассмотрим работу преобразователя и его схемы управления. Первый зада- нйций генератор 8 (фиг. 2) генерирует импульсы с частотой 61), из которых в пересчегной цепи 9 формируются шесть последовательностей импуль-j сов длительностью /З, следующих с . S.114 частотой управления i| и сдвинутых одна относительно другой. Второй генератор 10 формирует регулируемые по длите.пьности импульсы частоты Ои может быть построен в виде генератора пилообразного напряжения и компаратора, на котором пилообразное напряжение сравнивается с заданным уровнем. Импульсы с вы хода генератора 10 поступают в фазосдвигающее устройство 11 и разделяются в нем на три канала по числу фаз преобразователя, в каждом из которых они сдвинуты на 27/3 один относительно другого. В качестве фазосдвигающего устройства 11 могут быть использованы, например, три генератора пилообразного напряжения, синхронизируемые импульсами от компа раторов, на входах которых-сравниваются пилообразное напряжение от генератора 10 и постоянные напряжения на уровнях одной трети и двух третей от амплитуды этого пилообразного напряжения. Затем сдвинутые таким образом на 2|Г/3 одно относительно другого пилообразные напряжения срав ниваются на входах других компараторов с постоянным напряжением, уровень которого определяет указанную регулируемую длительность импульса частоты to. В качестве одного из указанных трех генераторов пилообразных напряжений может быть использован генератор 10 со своим компаратором. Импульсы с выходов 12-14 фазосдвигающего устройства 11 .поступают на инвертирующие схемы 15-17 соответственно. Импульсы с выхода 12 фазосдвигающего устройства 11, выхода 24 инвертора 15 и выходов 18-23 пересчетной цепи 9 подаются на входы логических ячеек 28-33 логического блока 27 в соответствуницих комбинациях, как показано на фиг. 2. В результате логических преобразований в ячейках 28-33 на их выходах форми руются импульсы управления силоньми ключами 1(5 -6а , показанные на времен ных диаграммах (фиг. 3). В соответствии с приведенным алгоритмом работы ключей выходное нап ряжение фазы а преобразователя име ет форму, изображенную на эпюре 1 (фиг. 3). На эпюре 51а показана фор ма составляющей входного тока, потребляемого по фазе А питающей сети при работе фазы а преобразователя. По известному способу сформированные на выходах логических ячеек 2833 импульсы используются также для управления силовыми ключами фаз Ь и С преобразователя. Импульсы с в.Ь1хода ячейки 28 подаются на управление ключами IQ, 2Ь и 3с, с выхода ячейки 29 - на управление ключами , ЗЬ и1с и т.д. по циклическому алгоритму. В результате паузы в выходном напряжении, а соо ветствённо . и ш пульсы тока в нагрузке совпадают по времени для всех фаз преобразователя. Входной ток фазы А, равный сумме составляющих, потребляемых по входу при работе каждой фазы преобразователя, приведен на эпюре 51; (фиг. 3). Как видно из эпюры, он носит явно выраженный прерывистый характер и приводит, как уже отмечалось, к искажениям в питающей сети. Управление преобразователем по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Импульсы с выхода 13 фазосдвигающего устройства 11, выхода 25 инвертора 16 и выходов 18-23 пересчетной цепи 9 подаются в соответствующих комбинациях на входы логических ячеек 34-39 (фиг. 2), которые реализуют одну и ту же логическую функцшз, рас- , смотренную для фазы Q. На выходах ячеек 34-39 формируются импульсы управления сиповьми ключами 1Ь-6Ь, приведенные на временных диаграммах (фиг. 4). Назпюре 7Ь (фиг. 4) показана форма выходного напряжения, а на эпюре 51Ь - форма входного тока, потребляемого по фазе А питающей сети при работе фазы b преобразователя. В отличие от известного способа, импульсы напряжения и тока здесь не совпадают по времени с соответствующими импульсами фазы Q и сдвинуты относительно них на 21/3. Последовательность формирования импульсов управления силовыми ключами фазы с преобразователя аналогична. Шпульсы с выхода 14 фаэосдвигающёго устройства 11, выхода 26 инвертора 17 и выходов 18-23 пересчетной цепи 9 подаются на входы логических ячеек 40-45, на выходах которых формируются управляющие импульсы ключами 1с-6с, приведенные на времен-, ных диаграммах (фиг. 5). На эпюрах 7с и 51о показаны форма выходного напряжения и форма входного тока, потребляемого по фазе А питающей сети, при работе фазы с преобразователя.

Импульсы напряжения и тока сдвинуты на 21Г/3 по отнопгению к соответствующим импульсам в других фазах.

Результирующий входной ток, потребляемый по фазе А питающей сети при работе всех фаз преобразователя, приведен на зпюре 51 (фиг. 5). Он имеет менее выраженный прерывистый характер по сравнению с известньм

способом за счет того, что паузы в выходных напряжениях преобразователя разнесены во времени одна относительно другой. Поэтому не совпадают по времени-импульсы токов, потребляемых по входным фазам преббразователя. В результате снижаются перенапряжения на зажимах питающей сети, уменьшается вероятность выхода из строя силовых ключей, понижаются требования к элементам защиты ключей от перенапряжений. Кроме того, вход-. ной ток легче попадается фильтрации.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНО-m-ФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ, состоящим из .т трехфазно-однофазных преобразователей, выполненных по.мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, заключающийся в том, что формирзлот Wf . пульсные последовательности управления полностью управляеьб 1ми ключами, сдвинутые между собой на /3 для различных ключей каждого из трехфазно-однофазных преобразователей и на для одноименных ключей различных преобразователей и составленные из трех интервалов задания проводимости ключей длитeJiЬHOCтыo «/3 каждый, причем в течение первого интервала проводимость задают неизменной, а в течение второго и третьего интервалов, сдвинутых относительно первого на (Г/3 и f соответственно, производят модуляцию провадимости по методу высокочастотного широтно-импульсного регулирования и взаимное инвертирование импульсов на этих И нтервапах, отличающийся тем, что, с целью умень 4 шения искажений питающей гети путем снижения коьмутационных перенапряжеНИИ на ее зажимах, пмпульсы широтно30 U1 импульсного регулирования для каждого из трехфазно-однофазных преобразователей подают со сдвигом к периоду.

ЛВС

51

. J J J

Л 1а 2а За

о

7а

6а

о

7S

бв

Л Л J

п

7с

&

6с

Фиг./

fSffiofifffJf

m

&r «i

fff

1- IMim.il ..1|МИ|И1МИ. I44l..lll

f2 24 f У 2S M

26

Фи.2

ж, чч «k, с

с с с

с

С

с с с

с с с

с

С

с

с

с с

«ъ «4

55 :§

5 €

в

с с с

16