Способ управления 3-х фазным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 

СП

4iik

О) Изобретение относится в электротехнике, в частности к способам управления напряжением статических пр образователей частоты с непосредственной связью (НПЧ). Эти преобразователи предназначе,кы для преобразования напряжения частоты питакщей сети к в напряжение нестандартной частоты fg, например для регулирова ния скорости двигателя переменного тока. Известен способ управления трехфазным НЛЧ, содерасаорм противофазны мостовые вьшрямнтели (фазные комплекты вентилей), состоящий в том, ,что каждую полуволну их напряжения частоты fg формируют в виде трехсту пенчатой функции, построенной по средним значениям напряжения ступеней. При этом первая и последняя ступени имеют нулевой уровень напря жения. Кривая напряжения НПЧ при этом способе управления содержит вс канонические гармоники {за исключением третьей и ей кратных), из кото рых 5-я, 7-я, 17-я, 19-я имеют уровень, пониженный примерно, в четыре раза по сравнению с каноническим 1 Однако уровень 11-й и 13-й гармо ник остается высоким - каноническим уровнем (уровнем обратно пропорциональным номеру гармоники). Известен способ оптимизахщи форм кривой напряжения преобразователей с амплитудно-импульсной модуляцией с равными интepвaлa ш квантования ее уровней на минимз™ коэффициента гармоник (Кг), с учетом всех гармоник ,включая гармоники со сколь угод но большими номерами И. Однако этот способ не дает рекомендации по избирательному подавлению инте есую1Щ1х нас гармоник. Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования напря жения НПЧ, содержащего фазные комплекты вентилей, собранных по мостовым или нулевым схемам, состоя1р1й в том, что кривуш выходного напряже ния каждого упомянутого комплекта вентилей, также построенную по сред ним значениям напряжений ступеней, формируют в виде пятиступенчатой функции (за полупериод частоты fj). Все ступени, кроме третьей (централ ной), имеют равную протяженность Iдвенадцатую часть периода частоты ifft с точностью до такта несущей час тоты. Способ обеспечивает (снижение до нуля 5-й, 7-й,17-й, 19-й гармоник, однако 11-я и 13-я остаются на высоком уровне. Однако несмотря на существенное, увеличение числа ступеней в кривой напряжения сниже1гае Кг относительно невелико, поскольку 11-я и 13-я гармоники остаются на высоком уровне. При расчете величины кривой напряжения трехфазного НПЧ по тринадцати гармоникам в случае способа-аналога Кг,5 13,7%, а в случае способа-прототипа Kr,j 11,9%. Цель изобретения - приближение , кривой напряжения к синусоидальной (уменьшение величины Kf) за счет подавления 11-й и 13-й гармоник при малой величине п-х гармоник, где , 7, 17, 19 с сохра;нением числа ступеней напряжения фазных комплектов вентилей, с сохранением числа операций по изменению уровней напряжения, а также повышение эффективности использования трансформатозра и вентилей. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления 3фазным НПЧ путем отпирания вентилей его фазных комплектов по закону пятиступенчатой за полупериод выходной частоты функции, характеризуемой содержанием упомянутых п-х гармоник. где , 7, 17, 19, более, чем в два раза меньшим 1/п в которой протяженность третьей ступени больше протяженности других ступеней, а протяженность и уровни четных и остальных нечетных ступеней попарно одинаковы, отношение уровней четных ступеней и попарно одинаковых уровней остальных нечетных ступеней устанавливают из области значений 1-2, протяженность первой ступени устанавливают равной Тг з J а отношение протяженности четных ступеней к протяженности первой ступени устанавливают из облас- и значений 0,5-2,5. Вследствие этого число ступеней в кривой напряжения НПЧ оказывается больше, чем в кривой напряжения его фазных комплектов вентилей. На фиг. 1 приведены кривые напряжения трехфазного НПЧ, управляемого по предлагаемому способу, дляслучая, соответствующего позиции 8 таблицы; на фиг. 2 - кривые напряжения НПЧ, но управляемого по способу-прототипу (кривые 1-3) и по предлагаемому спо31собу (кривая 4, соответствующая позиции 5 таблицы); на фиг. 3 - кривые напряжения трехфазного НПЧ, управляемого по предлагаемому способу, но для случаев, соответствующих позициям 1, 3 и 13 таблицы; на фиг. 4 пример реализации системы управления на базе микропроцессора. На фигурах обозначены: 1,2-кривые суммарного напряжения противофазных выпрямителей фаз А и В, построенные из условия f, , 3-7 - кривые линейного напряжения, 8-задатчик частоты и напряжения, последовательно соединенные с ним, 9 - микропроцессоры, 10 - цифровая логика и формирователь импульсов, 11 - синхронизирукяций трансформатор, 12 - НПЧ. №jKponpQцессор используется для формирования кривой напряжения частоты fj по команде устройства 8. Формирование уровней и протяженности ступеней кривой напряжения фазных комплектов вентилей НПЧ 12 производится с помощью устройств 8-11 известньв 1 способом воздействием на угол управления вентилей k{) относительно напряжения питающей сети частоты f . Формирование протяженности каждой ступени производится путем изменения в требуемый момент времени угла А f 11, задающего уровень напряжения одной ступени, на угол d-f(g) задающий уровень напряжения другой ступени. Указанные моменты . i-. 64 времени выбираются такими, что протяженность ступеней соответствует требуемому спектральному составу кривой напряжения, который определяется выражением ц -LcosncA.- ccSBcAj . /а , п 4 -i- COS сЛ + COS л, V «1 1 «,, J/ где . п - номер гармоники; a4,a,a3 - соответственно уровни напряжения первой (пятой) , второй (четвертой) и третьей ступени; угловая мера протяженности первой и последней ступени; угловая мера суммарной протяженности . первой и второй (четвертой и пятой) ступеней;UH , V/t - соответственно п-я и первая гармоники кривой напряжения НПЧ. Современные средства полупроводниовой техники обеспечивают установку глов . (f() с погрешностью не более дного радиуса частоты f , а протяженость ступеней - с-погрешностью в ределах такта несущей частоты. Примеры реализации способа с устаовкой различных уровней и протяженостей ступеней приведены в таблице.

П одолжение таблицы

С1ЮСОВ УПРАВЛЕ1ШЯ 3-ФАЗНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЖМ ЧАСТОТЫ путём отпирания вентилей его фазных комплектов по закону пятиступенчатой за полупериод выходной частоты функции, характеризуемой содержанием п-х гармоник, где ,п 5,7, 17,19, более, чем в два раза меньшим I/ft, в которой протяженность третьей ступени больше протяженности других ступеней, а протяженность и уровни четных и остальных нечетных ступеней попарно одинакоШ), отличающийся тем, что, с цепью приближения форма кривой напряжения к синусоидальной за счет подавлений 11-й и 13-й гармоник, повышения зффективности использ.овання рансформатора и вентилей, отношение уровней упомянутых четных ступеней и уровней нечетных ступеней устанавливают из области значений 1-2, протяженность ko первых ступеней устанавливают равной . 5r/12tjif/36, а отношение протяженности четных ступеней к протяженности первой ступени устанавливают из области значений 0,5-2,5.

Пр. и м е ч а н и е. Во всех случ .. Как следует из таблицы, во всех рассмотренных случаях величина Кр,, ( при учете 13-ти гармоник) несмотря на изменение щ отяженности ступеней и их уровней в широких пределах оказывается существенно ниже, чем при способе-прототипе и в ряде случаев составляет величину менее 5% (поз, 1-6, 10-12 таблицы). В позиции 13 таблицы приведен пример 0,5, а в ПОЗИЩ1Н 14 Otjvt «2,5. Технико-зкономическая эффективность способа проявляется в том, что величина Кг,}, кривой напряжения НПЧ оказывается 1 фимерно в 1,5-3 раза меньше, чем при способе-прототипе (3,0% вместо tt,9). Одновременно при одинаковой величине суммарного напря трех ступеней на 15-20% увели чивается основная гармоника кривой выходного напряжения НПЧ (кривые 3.,4 фиг. 2), поскольку протяженность .средней ступени кривой напряжения вы |пряМителёй, при которой угол Л минимален, увеличивается более,чем в 1,5 раза, а протяженность первой и последней ступеней, Ири которых угол dLмаксимален, сокращается в 2-3 раза принято . При этом примерно на 15% снижается загрузка вентилей по напряжению и более,чем на 15% снижается мощность входного трансформатора. Указанное изменение протяженности ступеней повышает коэффициент мощности НПЧ и уменьшает искажение напряжения пита рщей сети. Отмеченное свойство предлагаемого способа существенно, поскольку улучшение формы кривой напряжения обычно сопряжено,не только с увеличением чисЛЕа ступеней (с увеличением числа опера1ЩЙ по переключению уровней), но и снижением уровня основной гармоники, что видно при сравнении способа-аналога со способом-прототипом. Е данном же случае улучшают форму кривой напряжения, увеличивая одновременно уровень основной гармоники. При изменении соотношения отдельных ступеней по их уровню и по протяженности в широких пределах величина Kfjj остается, ниже 5%. Предлагаемый способ дает наилучшие результаты применительно к трехфазному НПЧ, но может быть применен и при другом числе фаз.

г

iG

V o

Ц

15

75

0U1.3

W

ФигЛ

fl