Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 

I Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом и промышленном частотно-управляемых электроприводах и в электротермических установках. Известен способ управления непосредственным преобразователем частоты с т-фазным выходным напряжением, содержащим m групп встречнопараллельно включенных вентилей, руть которого заключается в том, - что в каждой группе в течение периода выходного напряжения включают вен тили одного направления,выключают их и включают вентили другого направления , причем перед каждым включением вентиле одного направления вьщерживают паузу, равную 1/2т части периода выходного напряжения l 1, Недостатком известного способа является то, что при питании трехфаз ной нагрузки, включенной по схеме звезда без нулевого провода, и прямоугольной форме тока вентильных rjiynn токи в фазах нагрузки содержат гармоники высшего порядка, та как кривая тока отличается от синугСоидальной. Известен способ управления непосредственным преобразователем, заключающийся в том, что формируют сфазированную с фазны 1 напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую ,трехфазную импульсную последователь кость с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют управляющие импульсы вентильных групп в моменты совпадения импульсов двух последовательностей 2. Однако при питании трехфазной нагрузки, включенной по схеме звезда без нулевого привода, токи в фазах нагрузки содержат гармоники высшего ,ка при прямоугольной форме тока вентильных групп преобразователя Наиболее близким к предлагаемому является способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты, суть которого заключается в том, что при управлении тре фазным непосредственным преобразователем частоты, содержащим, три комплекта вентилей, каждый из которых со держит две группы вентилей,включенных 29 по встречно-параллельной схеме, причем выводами низкой частоты вентильные комплекты включены между собой в треугольник, к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка, соединенная в звезду, формируют сфазированную с т -фазным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую трехфазную импульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют управляющие импульсы вентильных групп в моменты совпадения импульсов двух последовательностей, причем длительность импульсов второй последовательности задают равной 2ТГ :. Недостатком данного способа управления является наличие в фазных токах нагрузки высших гармоник, так как форма тока отлична от синусо- идальной. Цель изобретения - улучшение формы тока в фазах нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что согласноспособу управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты, содержащем три комплекта вентилей, каждый из которых выполнен в виде двух групп, включенных по встречно-параллельной схеме, причем своими выводами низкой частоты комплекты соединены между собой в треугольник, к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка, фазы которой соединены между собой по схеме звезда без нулевого провода, заключающемся в формировании сфазированной с гг -фазным напряжением питающей сети первой системы импульсных последовательностей, формировании второй трехфазной импульсной последовательности с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнении импульсных последовательностей первой и второй систем и формировании управляющих импульсов в моменты совпадения импульсов двух последовательностей, длительность импульсов второй последовательности задают равной 1/2. На фиг. 1 представлена прирщипиальная схема силовой части непосредственного преобразователя частоты, реализующего предлагаемый способу на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя по предлагаемому способу; на фиг, 3 а,б - схемы замещения преобразователя для двух режимов работы (а работают две вентильные группы, б работает одна вентильная группа)i на фиг. 4 - структурнДя схема блока задания частоты тока; на фиг. 5 временные диаграммы, поясняющие работу блока задания частоты тока; на фиг. 6 - временные диаграммы фазного тока нагрузки (а при управлении известным способом, б при управлении предлагаемым способом). Непосредственный преобразователь частоты, осуществляющий предлагаемый способ, содержит питающий трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками 1-3, к которым попарно встречно-параллельно подключены шест трехфазных выпрямительных мостов 49, составляющих три комплекта. Выходы встречно-параллельных мостов соединены в замкнутый треугольник, к верщинам (фазным выводам) А, В,С которого подключена нагрузка 10, фазы которой 11-13 соединены в звезду Система управления преобразователем содержит нереверсивный фазосдвигающий блок 14, формирующий первую последовательность импульсов, сЛазированную с т,-фазным напряжением питаюадй сети, логический блок 15 Лормирования импульсов управления вентилями преобразователя, блок 16 задания частоты выходного тока, который формирует вторую фазную импульсную п следовательность 1), Uj , (if, , Uj t Ug , с частотой, равной выходноГ частоте преобразователя, и длительностью импульсов, равной 7i/2. Сформированные блоком 15 импульсы управления поступают на управляющие электроды вентилей мостовых выпрямителей, которым в данный момент разрешено работать. Способ управления непосредственным преобразователем частоты поясняют на примере его работы. На вход питающего трансформатора подается трехфазное напряжение сетевой частоты, которое со вторичных обмоток 1-3 его подводится к щес ти трехфазным выпрямительным мостам 4-9. Импульсная последовательность , заданной выходной частоты преобразователя, сформированнал блоком 16, управляет мостами 4-9 так, что каждый из щести мостов работает 1 /4 часть периода выходной частоты. Управляющи 294 импульсы иентнлями мостов, сформпроBaHFiue блоком 14, поступают на управляющие электроды вентилей в случае совпадения управляющих ьмпзльсов мостами 4-9 блока 15 с управляющими импульсами фазосдвигающего блока 14. Таким образом, формируются фазные напряжения, приложенные к нагрузке с заданной частотой. В отличие от способа-прототипа в предлагаемом способе имеются интервалы времени длительностью /6, когда из шести выпрямителей работает только один, что приводит к изменению формы тока как в выпрямителях, так и в фазах нагрузки. Поясняют это, используя схему г,амещения преобразователя, изображенную на фиг. 3. На фиг. За изображена схема замещения, соответствующая интервалу времени (О - ), когда работают два выпрямителя из шести 4 и 8, где 4 PS 4 т в Сд-напряжения на выходе мостов 4-9; - i. - токи, мостов 4-9,- 2, 2 , Zj- сопротивления фаз нагрузки. указанного промежутка времени справедливо следующее уравнение, составленное по закону контурных токов4 4(z, + zp + igZj Если о е j. с 4 е е . е« е; Ц- Ij е 31 Z; На фиг. Зб изображена схема-замещения преобразователя, соответствую- . щая интервалу (/6-) времени, кога работает один выпрямитель 4. Очевидно, что ток выпрямителя 14 на этом интервале увеличится в 1,5 раа i 1-; -2 1,5,. Как видно из Лиг. 2, токи выпряителейЧ Ч Ч 7 8 5 меют ступенчатую форму, что в коечном счете улучшает форму тока фазах нагрузки, токи которой опеделяются из выражений Си ) (Ч V (ч 7) (.-С-ЬЧ) с () - Ч э Флзосдвигающий блок 14 и логиеский блок 15 формирования импульсов - известные устройства и описаны, например в C2J, Блок 16 задания частоты выходного тока легко может быть реализован с помощью логического сложения двух импульсных последо- 5 вательностей, частоты которых отличаются вдвое.

Пример реализации блока задания частоте выходного тока 16 дан на иг. 4. Блок 16 содержит задающий нератор 17, делитель 18 частоты на ва, два пересчетных кольца 19 и 20 и шесть схем совпадения 21-26. На иг. 5 приведены временные диаграммы поясняющие работу блока 16. Задаю- 5 щий генератор 17 формирует первую последовательность импульсов с частотой, вдвое большей частоты выходного тока преобразователя (фиг. 5а).

На выходе делителя 18 частоты форируется вторая последовательность импульсов с частотой, равной частоте выходного тока преобразователи (фиг. 56). Пересчетное кольцо 20 ормирует три последовательности импульсов tA,tB,tC с частотой задающего генератора 17 и длительностью импульсов, равной J (фиг. 5 в, г, д) .

Пересчетное кольцо 19 формирует 30 вторые три последовательности импульсов iA, IB, tC, частота которых вдвое меньше. Складывая логически импульсные последовательности соответственно +А, +А i +В, +С , 35 + В ; -А, +АЧ -В+С ; -С+В , получают выходные напряжения блока заания частоты выходного тока преобразователя и., Uj, Uj , UY , Ug , Ug для управления соответствующим трех- 40 фазным выпрямителям (фиг. 5 и, к, л).

Как видно из фиг. 5, длительность )Со- задания частоты тока U.Ug равна J/2.

Задающей генератор, делитель час- 45 тоты, пересчетное кольцо и схема совпадения широко известные устройства.

Таким образом, блой 16 построен-на известных элементах по известному 50 принципу, но с использованием двух частот.

Оценивая эф(1)ективность предлагаемо о способа управления по сравнению со способом-прототипом по фиг. 6. 55

Степень приближения кривой тока к синусоидальной оценивают с помощью коэффициента искажения

Г

1АН

KV.

АН

где - действующее значение основ1 АН

ной гармоники тока негрузки - действующее значение тока

нагрузки;

Чем меньще отличается от единицы коэффициент К , тем больше кривая приближается к синусоиде и тем меньше в ней содержится высших гармоник. Действующее значешле тока нагрузки вычисляют по формуле

Тогда при управлении известным спсобом

AHW) ., ,

где 1 - амплитуда тока, а при управлении предлагаемым способом

Ак(б) 0,661м

Действующее значение основной гармоники в каждом случае определяют

Im-,

где1, - амплитуда основной гармоники

ПЦ

тока.

1, находят путем разложения в ряд Фурье кривых (фиг. 6), которые симметричны относительно оси ординат и имеют только синусную составляющую. Для тока, форма которого соответствует фиг. 6а I-im , , а для тока, форма которого соответствует фиг. 66 1 7,4-, . В обоих случаях .

Определяют коэффициент искажения кривых токов нагрузки.для фиг. 6а

7,7

-. Г) Of,т

К

и 0,71-8 )

а для фиг. 66

7,4

и ° Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет улучшить форму выходного тока преобразователя при простой и надежной схеме управления,, при одновременном обеспечении высоких энергетических показателей преобразователя, выпрямители которого могут работать при полном открытии вентилей.

fu.3

ФигЛ

Q

.

t

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЬМ ПРЕОВРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ с естественной кoм fyтaциeй тиристоров, содержащим три комплекта вентилей, каждый из которых выполнен в виде двух групп вентилей, включенных по встречно-параллельной схеме, причем своими выходными выводами комплекты соединены между собой в треугольник,-к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка, фазы которой соединены между собой по схеме звезда без нулевого провода, заключающийся в том, что формируют сфазированную с т -фазным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую трехфазную импульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, затем сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют упрапляющие импульсы в моменты совпадений импульсов двух последовятолыюстей о тлич ающий с я тем, что, с целью улучшения формы тока в фазах нагрузки,.длительность импульсов второй последовательности задают 4 равной л/2. СЛ 4i N) СО