Способ управления трехфазно-трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью Советский патент 1986 года по МПК H02M5/00 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к классу систем управления преобразователями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано при построении преобразователей для регулируемых электроприводов переменного тока.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения и тока преобразователя .

На фиг.1 изображена функциональная схема трехфазно-трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью и структурная схема управления этим преобразователем; на фиг.2 - схема одного из шести логических блоков, которые входят в состав логической-« хемы; на фиг.З и 4 - временные диаграммы импульсов управления ключами и эпюры выходного напряжения преобразователя. .

Преобразователь частоты (4мг.1) содержит полностью управляемые ключи 1-6 с двухсторонней проводимостью, соединенные по срсеме двух трехфазно- ощюфазных преобразователей с нагрузками 7, 8 и 9, например, в виде статорных обмоток асинхронного двигателя, и входными фазами А, В и С питающей сети. Нагрузки 7 и 8 своим общим выводом подсоединены к нулевому проводу трехфазной сети, В схеме управления преобразователем выход 10 задающего генер атора 1 1 соединен с входом делителя 12 частоты.и с входом формирователя 13 высокочастотного пилообразного напряжения. Выход 14 делителя 12 частоты соединен со счетным входом триггера 15 и входом пересчетной цепи 16, на выходах 17- 22 которой формируются прямоугольные импульсы, длительностью 120 эл.град. Эти импульсы поступают на шесть входов логической схемы 23, другие четыре входа которой подключены к выходам 24 и 25 компараторов 26 и 27 и к выходам 28 и 29 инверторов 30 и 31. На входы 32 и 33 компараторов 26 и 27 подаются импульсы с выхода формирователя 13 высокочастотного пилообразного напряжения, а на входы 34 и 35 - импульсы с выходов формирователей 36 и 37 низкочастотного пилообразного напряжения, входы 38 и 39 которых соединены с выходами 40 и 41 триггера 15.

45375 1

Логическая схема 23 состоит из шести идентичных логических блоков, один из которых, формирующий сигнал управления 1/ для ключа 1 , состоит

5 из двух логических ячеек 2И 42 и 43, выходы которых подсоединены к входам ячейки 2И11И 44, а входы - к выходам 17 и 18 пересчетной цепи 16 и к выходам 24 и 28 компаратора 26 и инвер10 тора 30,.

Н гмерация временных диаграмм на фиг.З и 4 соответствует нумерации на функциональной схеме по фиг.1. Рассматриваемый преобразователь

15 частоты формирует на нагрузке напряжение, частота основной гармоники которого равна .разности частот управления (частота управляющих импульсов на диаграммах U Ug, фиг.З, 4) и

20 частоты питающей сети со , т.е.Си).

КвЫ( -со. Высшие гармоники напряжения

имеют частоты СО пП, где п 35-1; 1 , 12,.... При построении силовой схемы преобразователя по фиг.1

25 и управлении ключами прямоугольными импульсами по диаграммам U,,- U амш1иту щ высших гармоник напряжения на нагрузках 7 и 8 равны амплитуде основной гармоники. Таким обра30 зом, напряжение на нагрузках 7 и 8 описывается выражением

U(t)U, COS(Q-51)t+0,5cos(co+2R)t - -0,25. cos ({a-4ir2)t-0,2008()t + +0,143.cos()t,.. . . , 35 где и, - амплитуда основной гармоники,.

Гармонический состав напряжения на нагрузке 9 оказывается хуже, чем на нагрузках 7 и 8 за счет увеличе40

НИН в

43

раз гамплитуд высших гармо- :

ник для четных значений-U. Напряжение на нагрузке 9 равно U(t)U, cos(w-Q)t+0,866 cos(U+2n)t+ +0,433.cos.(b)-4n)t+0,2 cos(a)+552)t -0,143-cos(co-7n)t-,... .

Сущность способа управления состоит в подавлении методом широтно- импульсной модуляции (ШИМ) указанных гармоник в нагрузках 7 и 8 до минимального уровня и, следовательно, минимизации этих гармоник в нагрузке 9, т.е. улучшении гармонического состава во всех фазах нагрузки преобразователя. Наиболее простой в реализации является линейная ШИМ. Она состоит в том, что на первой половине прямоугольного импульса управления длительность проводяпщх состояний

ключей изменяется по линейно нарастающему, а на второй половине - по линейно спадающему закону. Число переключений выбирают, исходя из эффективности подавления гармоник и потерь на переключения в ключах.

Анализ показывает, что при числе переключений на длительности 120 эл.град.. напряжение на нагрузках 7 и 8 равно - U(t)-U, cos(cj-Q)t+0,264 Cos.(co+2Q)t+ +0,083 cos(o-4n)t+0,064 cos(W+5n)t+ +0,055 cos(u-7j7)t+.

Таким образом, по сравнению с прототипом существенно понижается уровень высших гармоник, ближайших к основной. Улучшается и гармонический состав напряжения на нагрузке 9, описываемого выражением U(t)U, cos(co-I2)t+0,503 Cos(w+2Q)t+ +0,286- cos (CO-4Q) t+0,25 cos (и+5о) t+ +0,233 cos(Q-7n)t+. ...3 .

С увеличением количества-импульсов ШИМ различной длительности подавляется большее число гармоник, ближайших к основной, так как происходит перераспределение уровней высших гармоник в сторону увеличения амплитуд для гармонических составляющих более высокого порядка и их уменьшения для составляющих более низкого порядка.

Рассмотрим процесс формирования выходного напряжения на нагрузках 7, 8.и 9 (эпюры и, Ug, и на фиг.3 и 4) В интервале времени t, замкнуты ключи 3, 5 и к нагрузке 7 прикладывается фазное напряжение фазы С, к нагрузке 8 - фазное напряжение фазы В, а к нагрузке 9 - линейное напряжение фаз ВС (эпюры и,., 1}д, и на фиг.З и 4). В следующем интервале t,- t раз1«)1кается ключ 5 и замыкается ключ 6, к нагрузке 7 по прежнему прикладывается -фазное напряжение фазы С, к нагрузке 8 - напряжение фазы С, а нагрузка 9 оказывается за- короченный ключами 3 и 6, на эпюре и. (фиг.4) это соответствует нулевой паузе в выходном напряжении. В момент времени tj размыкается ключ 3, замыкается ключ 1, и в интервале t - t к нагрузке 7 прикладывается напряжение фазы А, к нагрузке 8 - |ПО-прежнему напряжение фазы С, а к нагрузке 9 - линейное напряжение фаз GA. Далее в интервале t - t через ключ 3 к нагрузке 7 прикладывается

0

фазное напряжение фазы С, через ключ 5 к нагрузке 8 - напряжение фазы В, а нагрузка 9 оказывается подключен- . ной к линейному напряжени ю фаз ВС. В

5 интервале t - t через замкнутые ключи 3 и 6 к нагрузкам 7 и 8 прикладывается напряжение фазы С, а нагрузка 9 оказывается закороченной, что соответствует нулевой паузе на

0 эпюре и. (фиг.4).

В следующем интервале ty - t замкнутые ключи 1 и 6 подключают к нагрузке 7 фазное напряжение фазы А, к нагрузке 8 - фазное напряжение фа5 зы С и к нагрузке 9 - линейное напряжение фаз СА..

Таким образом, в интервале tg попеременно замыкаются пары ключей 1,3 и 5,6, нагрузка 7 подключается к фазным напряжениям фаз А и С, нагрузка 8 - к фазным напряжениям фаз

8и°С, а нагрузка 9 - к линейным напряжениям фаз СА и ВС.

В течение интервала t, - t, попе- 5о

ременно замыкаются и раз каются ключи 1, 3 и 4, 6 к нагрузкам 7 и 8 поочередно подключаются фазные напряжения фаз А и С, а на нагрузке 9 формируется напряжение, состоящее из участков синусоиды линейного напряжения фаз СА и нулевых пауз (эпюра и, фиг.4).

В следующем интервале t - tg через попеременно замыкающиеся ключи 5 1, 2 и 4, 6 к нагрузке 7 поочередно прикладываются фазные напряжения фаз А и В, к нагрузке 8 - напряжения фаз Аи С, а к нагрузке 9 - линейные напряжения фаз АВ и СА. 0 В интервале tg- t, поочередно работают ключи 1, 2 и 4, 5, которые подключают нагрузки 7 и 8 к фазным напряжениям фаз А и В, а нагрузку

9- к линейному напряжению фаз АВ. 5 в следующем интервале t - t,g нагрузка 7 с помощью попеременно за1Ф1- кающихся ключей 2 и 3 подключается к напряжениям фаз В и С, нагрузка 8 с помощью ключей 4 и 5 - к напряже0 ниям фаз А и В, а нагрузка 9 - к линейным напряжениям фаз АВ и ВС.

Наконец, на интервале t, - t поочередно работают пары ключей 2,3 и 5, 6, подсоединяя нагрузки 7 и 8 к фазным напряжениям фаз В и С, а нагрузку 9 - к линейному напряжению ВС.

$

В дальнейшем цикл переключений повторяется в той же последовательности.

Как видно из временных диаграмм и I - Ug (фиг.З и 4), общая длитель- ность импульса управления ключами преобразователя составляет 2.40 эл.гра (например, интервал - t на диаграмме Uj), общая длительность импульса управления в прототипе - 120 эл.град, (диаграммы U, -

В течение длительности 240 эл.град импульсы управления Модулируются методом ШИМ, причем в течение первых 120 эл.град. модуляцию осуществляют по линейно нарастающему, а в течение последних 120 эл.град. - по линейно спадающему закону.

Способ осуществляется следующим образом.

Задающий генератор II (фиг.1) вырабатывает на выходе 10 импульсы с частотой ЗК5г, где К - это число переключений ключей преобразователя в течение интервала длительностью 120 эл.град. В приведенном на фиг.З и 4 примере .

Указанные импульсы поступают на формирователь 13 высокочастотного пилообразного напряжения и на вход де- лителя 12 частоты, коэффициент делеКния которого равен - . С выхода 14

делителя 12 частоты импульсы часто-

той 6 п поступают на вход пересчетной цепи 16, которая вырабатывает импульсы и , Ujo длительностью 120 эл.град., сдвинутые между собой на 120 эл.град., и импульсы U - такой же длительности, сдвинутьш между собой на 120 эл. град. Последовательности импульсов и - U|n и

и

го

- сдвинуты между собой на

60 эл.град. (диаграммы U,j - на фиг.З и 4). Импу{1ьсы и(7 гг поступают на логическую схему 23.

Формирователь I3 вырабатывает линейно спадающее пилообразное напряжение с частотой 3 Кп, которое подается на входы 32 и 33 компараторов 26 и 27. На входы 34 и 35 этих компараторов поступают линейно нарастающие пилообразные напряжения ч асто- той Зй, сдвинутые между собой на 60 эл..град. Эти напряжения вырабаты- ваются формирователями 36 и 37 низко частотного пилообразного напряжения |на входы 38 и 39 которых поступают

5 О

5

0

5

0

Q

5

0

3756

импульсы с выходов 40 и 4 триггера 15. Такизи образом, частота напряже- |ния на выходе формирователя 13 в К раз больше частоты напряжений на выходах формирователей 36 и 37. В результате на выходах 24 и 25 компараторов 26 и 27 формируются линейно нарастающие по длительности последовательности импульсов Uj , Ujj , которые поступают на логическую схему 23 и на инверторы 30 и 31. На выходах 28 и 29 указанных инверторов вырабатываются линейно спадающие по длительности последовательности импульсов,кот(5рые также поступают на лЪгическую схему 23. Логическая схема формирует шесть последовательностей управляющих импульсов U, - Ug (фиг.З и 4). Логический блок по фиг.2 реализует логическую функцию U, и, Л и, V U,g л . Остальные логические блоки логической схемы 23 реализуют следующ1ае логи11еские функции и , Л ; и,,/ Vfg U4 Uao U. Uz, f Ui, ;Uf,Uzr U2yVUj2 ; ,/iU,, V U,, л и„ . I . .

Результирующ1 е напряжения на нагрузках 7, 8 и 9 приведены на эпюрах и..р Ug, и, (фиг..З и 4). Напряжения первых гармоник показаны пунктирной линией. Результ1фующее напряжение на нагрузке 8 (эпюра Ug на фиг.4) показано в противофазе по отношению к напряжению, прикладываемому между точкой соединения ключей 4-6 и нуле- вьгм проводом, так как нагрузки 7 и 8 подключены разноименными выводами к нулево гу проводу.

Формула изобретения

Способ управления трехфазно-трех- фа зным преобразователем частоты с непосредственной связью, состоящим из двух построенных по нулевой схеме на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью трехфаз- но-однофазных преобразователей для питания трехфазной нагрузки, включенной мезкду выходами указанных трехфаяно-однофазг€ых преобразователей и нулевым проводом трехфазной питающей сети, состояпщй в том, что для указанных ключей каждого из трех- фазно-однофазных преобразователей (формируют прямоугольные импульсы управления , сдвинутые между собой на 120 эл.град., причем импульсы уп7124

равления ключами различных трехфаз- но-однофазных преобразователей сдвигают между собой на 60 эл.град., отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического со- 5 става выходного напряжения, импульсы управления ключами формируют длитель13758

костью 240 эл.град. и модулируют их методом широтно-импульсной модуляции, причем в течение первых 120 зл.град, модуляцию осуществляют по линейно нарастающему, а в течение последних 120 зл.град. - по линейно спадающему закону.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления преобразователями частоты с непосредственной связью. Цель изобретения - улучшение гармони 1ес1сого состава выходного напряжения и тока преобразователя. Способ- управления трехфаз.но-трехфазным преобразователем частоты, состоящим из двух построенных по нулевой схеме на пол- . ностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью трехфазно-одно- фазных преобразователях, заключает- - ся в том, что для указанных ключей формируют прямоугольные импульсы управления, сдвинутые между, собой на 120 эл..град. При этом импульсы управления ключами трехфазно-однофаз- ных преобразователей сдвигают на 60 эл.град. Улучшение гармонического состава обеспечивается тем, что импульсы управления ключами формируют . длительностью 240 эл.гряд и модулируют их методом широтно-импульсной модуляции. Кроме того .модуляцию осуществляют в течение первых 120 эл.град. по линейно-нарастающему,а в течение последних 120 эл.град - по линейно спадающему закону. 4 ил. с S (Л С

(put. 2

W hlimtMtl tiniMtn lUJJUMI- f

I 1 i 1 I i I I I L I I

r-i r-n m

JZn-L

innmnngi

inimnimnrnnniinmin tinrmnnit tiflnrnnnflt.f

unnmnnaL

J-UlDnDOlUL

лиши...

fiflfimnfliiL

r-i r-n m rr

JZn-L

J-UlDnDOlUL

лиши...

fiflfimnfliiL

g. i м.-д.,|Ш.-и . r f- г г ir т |Щ |Ж fl T--- - Г-У---1П-Г- 11- 1Г- -- . ЛДппппвппшдппапппдпппяпппшппля

tf tf

tf5

.т тНв Мв Мя mnn пппя mni mm ninr

(flnnmnnnttflnnmnfini tinnrmi

ILL-iffnnmnnflf tinnmnnffi .ifflfi.

ec л

ВНИИ1Ш Заказ 3608/51 Тираж 631 Подписное Пройзв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4