Способ дискретного регулирования частоты Советский патент 1986 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и предаазначено для использования в частотно-регулируемом электроприводе с дискретными ступенями изменения частоты выходного напряжения в диапазоне частот, близких к питающей и естественной , коммутацией тиристоров.

Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения величины коэффициента гармоник .

На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг.2 - график сравнения недокомпенсации напряжения рассогласования согласно пре,цлагаемому и известному способам; на фиг.З - схема предлагаемого преобразователя; на фиг.4 - блок-схема системы управления преобразователем.

Принятые на фиг.1 обозначения: и, - и, - входные фазные напряже D

ния обеих полярностей, т.е. sinuJi t -sin ( + ) ; sin(a:ig5(t-r-) ;

8Х

2ТТ,

(-sino) t); sinCtJ t+--).;

BX

21T

г f , T

L-sin( - o)J поочере,дно подключаемые на интервал времени Т для формирования основного входного напржения Ug), где Tj п- Tg ч- 2

равен целому п числу периодов Т входного напряжения в сумме с продолжительностью , соответствующей наименьшему фазовому сдвигу + между Ug,(p разных фаз; :

и, - кривая эталонного (или заданного) напряжения для примера одной выходной фазы преобразователя при двух периодах подключения каждого основного входного напряжения на выходные выводы основного тиристор- ного моста с выходной частотой 46,15 Гц при входной частоте преобразователя 50,0 Гц;

ди - кривая мгновенной разности напряжений между эталонны1 1 напряжением Uj и поочередно подключаемыми ОСНОВНЫМИ входными напряжениями U,,Q

Uj i дополнительные напря Ькения, сдвинутые на угол /2 относительно подключенного основного входного напряжения , и образуемые от линейного входноРЬ напряжения преобразователя через дополнительный ти ристорный мост преобразователя (.

Uj,5 показаны нерегулируемым значением, равным значению основных входных: напряжений);

t J, - момент времени совпадения по фазе эталонного U с подключенным одним и из основных напряжений Ug или момент времени, соответствующий половине HHtepBana Т /2 подключения каждого Ug.;

tg - момент окончания подключения основного входного напряжения, например и,, к выводам основного тиристор- ного моста на интервал Т в случае активной нагрузки преобразователя; 5 tg -.момент начала подключения основного входного напряжения в случае активной нагрузки преобразователя ;

и910 дополнительное напряжение

0

5

0

согласно предлагаемому способу, которое отстает по фазе на угол ТГ/2. от эталонного и основного входного напряжений в момент времени совпадения шс фаз, т.е. в момент времени t, и которое подключают во второй полов ше интервала Т.;

Ug,, - дополнительное напряжение согласно предлагаемому способу, которое опережает по фазе на угол 11/2 момент времени t и которое подключают в первой половине интервала;

- дополнительное напряжение согласно известному способу, которое Отстает по фаЗе на угол 2ТГ/3 от

5 мом:ента времени

Ug,3 дополнительное напряжение согласно известному способу, которое опережает по фазе на угол 2ТТ/3 мог мент времени tyl

Результирующая кривая выходного напряжения преобразователя как сумма основного и„ „ и дополниDA-lтельного Ug входных напряжений с частотой эталонного Ug напряжения;

sbD кривая выходного 7 ока;

- t - момент начала подключения основного входного напряжения в случае двигательной нагрузки преобразователя ;

50 начало формирования отрицательной полуволны тока;

t,, - начало формирования выходного тока положительной полярности во второй половине интервала Т ,

55 На фиг.2 приведены: ди - кривая изменения значений от О до 0,6 Ug, и фазового сдвига от О до ТТ/6 разности напряжения за каждую поло3 1246281

ну TO /2 интервала подключения

их

ждого Ug, , отсчитываемых от монта времени совпадения эталонного подключенного основного входного пряжений;5

ти ны пл по но то це зо фа по то ми 25 по ва фо то ра

аи

1 с 4U, расчетная раз3-5 З-бпсог

КОСТЬ единичных значений uU и U Показано изменение для ди.д и flUj.j прот значений- напряжения от О до 0,25 Ug-,, и от 0,5 до 0,25 U

вхо

и фазовых сдвигов от О до к/12 и от Tf/6 до 7Г/12 соответственно для предлагаемого и известного способовj dUg, . - соответствующие действительные значения разности напря- жений между ли и U при условии, что Ug О апример, U, U по предлагаемому способу и U-,j , Ugi3 по известному согласно фиг.1) повторяет форму ди, а разности лУд, а прот. образуются от соответствующего фазового сдвига ди и Ug; или значения недокомпенсации лО применением соответствующих Ug (для предлагаемого способа - меньшая встречно косо заштрихованная область, для известного -большая:, косо заштрихованная область).

В реализующем предлагаемый способ преобразователе входные фазные 1-3 и нулевой 4 выводы сетевого напряжения присоединены к основному тиристорному мосту 5. Последовательно включенные выходные выводы 6 и 7 моста 5, выходные выводы 6 и 8 ре- гуЛятора 9 напряжения и выходные выводы 7 и 8 фазы нагрузки 10 образуют замкнутую цепь 6, 8, 7, которая суммирует на нагрузку 10 напряжения .с выходных выводов основного тирис- .торного моста 5 и регулятора 9 напряжения. Выводы 1-3 присоединены к дополнительному тиристорному мосту 11, выходные выводы 12 и 13 которого присоединены к выводам 12 и 13 первично обмотки 14 трансформатора регулятора 9 напряжения. Концы 15 и I6 и промежуточные выводы 17 и 18 вторичной обмотки 19 трансформатора через управляемые ключи переменного тока по- дают регулируемое переменное напря- .жение на выходные выводы 6 и 8 регулятора 9 напряжения.Таким образом, преобразователь суммирует на нагрузку не регулируемое по амплитудному значению, а переключенное по фазе входное фазное напряжение от выходных выводов основного

5

10

1520253035 0 5055

тиристорного моста с входным линейным напряжением, регулируемым по амплитудному значению, переключаемым по фазе и подаваемым от дополнительного тиристорного моста через регулятор напряжения в последовательнзло цепь нагрузки. В трехфазном преобразователе каждая отдельная выходная фаза не отличается от описанной. Для показанного на фиг.1 примера тиристоры 20-24 (фиг.З) открывают для формирования положительной, а тиристоры 25-29 для формирования отрицательной полуволны выходного тока преобразователя. Тиристоры 30-32 включают для формирования положительной полуволны тока во второй половине интервала Tj- работы преобразователя.

Улучшение качества.выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения величины коэффициента гармоник реализуется с помощью предлагаемого устройства (фиг.З) следующим образом.

Как видно из фиг.1 при поочередном подключении к нагрузке на интервал времени Т каждого основного напряжения постепенно, например, начиная с момента времени t , появляется мгновенное значение напряжения рассогласования, равное разности 4U между эталонным напряжением Uj соответствующей частоты 46,15 Гц и подключенным основным входным напряжением Ugjjg(50,0 Гц). Согласно тригонометрии разность аи эталонного U и входного напряжения Ug равна:

ли и, - U,sinaJe, t - sincJ t 2 sin 2 (uJg, -uJg )t cos 2(вы)с +

+ u})t 2 sinSJt- cosuJit при амплитуде напряжения A 1. Выражение sin Sit cosuJAt разности напряжения u.U показывает, что она является косинусной функцией с угловой частотой uJA и поэтому сдвинута на угол IT/2 относительно синусной функции , а также относительно и, в момент времени, например t, совпадения фаз U, и Ug . Амплитудное значение л.и изменяется по синусоидальной: зависимости 2sinSit. В предлагаемом способе в качестве дополнительного напряжения UQ, компенсирующего разность dU применяют напряжения Ug тл V сдвинутые на угол ± f/2 относительно Ug , Следовательно, этим достигается полное совпадение по фазе напряжений U и 4U в момент времени t.,, что означает полную компенсацию разности ли или улучшение качества выходного напряжения преобразователя.

По мере отдаления в обе стороны по оси абсцисс от момента времени t (как это видно из фиг.1 и 2) значение разности ли увеличивается, а также ввиду ОТЛРГЧИЯ частот aJ и д или Co. gf,,, увеличивается фазовой сдвиг dU и Ug (т.е . Ug.o нпи Ug.n относительно ли, фиг.1), обусловливающий разность uUn и uUg.ppoT. недокомпенсации fiU применением UQ (фиг . 2) ,

При условии регулирования эффективного значения дополнительного напряжения и в соответствии с значением ли (или при повторении формы и значения Ug, равньк uU, но с фазовым сдвигом) увеличение кк фазового сдвига приводит к различию их мгновенных значений напряжения, т.е. uUQ . С целью уменьшения величины коэффициента гармоник вы- ходного напряжения преобразователя необходимо уменьшить значение разности Ug, т.е. долю некомпенсированной разности Uи напряжений и UBX о 9 что достигается применением дополнительных напряжений Va.o и Ug , согласно предлагаемому способу имеющих меньший фазовый сдвиг относительно разности напряжений ли по сравнению с известным способом.

За половину интервала Т подключения (например, от t до tg моментов времени при активной нагрузке пр образователя) угол сдвига эталонного Uj от входного Ugxo напряжений достигает значения, равного 7t/6. Угол сдвига между разностью нпряжения oU и дополнительным напряжением Ug( ,фиг.2) за это время изменяется от нулевого значения до половины указанного значения TV/6, т.е. равен ТТ/12, поскольку частота разности напряжения aU имеет промежуточное значение частот входного и эталонного напряжений. Например, на фиг.2 разность указанных уг лов сдвига ТТ/би TI/12 между кривыми AU и AUj.5 показана в момент времени Т../2 (что соответствует моменту времени tg или tg согласно фиг,1). При компенсации разности uU дополнитель- ным напряжением Uo согласно известному способу в нулевой момент времени (Q на фиг.2) угол сдвига Ug относи- т ельно ли составляет И/б, а в конце половины интервала . (кривая ди,.5пиоп фиг.2 в момент времени Tj./2)., что соответствует, например, моменту времени tg на фиг Л,

Сравнивая изменения угла сдвига от О до /12 согласно предлагаемому способу с углами от fT/6 до ТТ/12 изменен:йя UQ согласно известным способам, можно сказать, что во всей половине интервала Т /2 подключения (например, от t-f до tg, фиг.1) угол сдвига между разностью напряжения uU

и компенсирующим ее напряжением UQ

а

меньше в предлагаемом способе и только в о,цин момент времени (t.) одина- ков, т.е. равен ТТ/12. Это относит0

5

0

5

0

ся также к интервалу Т /2 подключения дополнительного напряжения U от начала (tg) подключения эквивалентной входной фазы до момента (t,) совпадения фаз и и , (фиг. 1)5 поскольку эта часть процесса является зеркальным отображением рассмотренного, только повернутым на уголП

Следовательно, предлагаемый способ во всем диапазоне работы обеспечивает лучшее соответствие разности напряжения uU и дополнительного напряжения и по фазе и, таким образом, обеспечивает улучшение качества выходного напряжения преобразователя. Отлич:ие дополнительных напряжений Ug ,0 И Ug относительно соответст- вующрЕХ дополнительных напряжений и, и известного способа заключается в их фазовом сдвиге относительно основного подключенного входного напряжения (а также Д U), Как из фиг.1, от момента вре-. мени t напряжение и.ц, отстает на угол П /2 вместо угла -21Т/3 для согласно известному способу, а до момента времени t, напряжение и опережает основное напряжение на угол 1Т/2 вместо угла 2ir/3 для и„ согласно известному способу.

Суммирование более соответствую- 5 щнх напряжений U и U с основным входным напряжением позволяет увеличить качество формы кривой выхорного напряжения по сравнению с

.

известным способом. Изображенные на фиг.1 перерывы в кривой выходного напряжения соответствуют моментам безтоковой паузы, которая может быт установлена желаемой величины.

Кривые uU,.g и iUj.jnpo-- (фиг.2) показывают, какой фазовый сдвиг и значение напряжений имеют место между разностью напряжений ли и Ug, если их значения равны единице в каждой половина Т /2 приведенного интервала подключения U (например, от t-, до t g на фиг .1 и от О до Tj./2 на фиг. 2). Кривая ди (фиг. 2 показывает изменение значения uU в интервале Т /2. Умножение в каждый момент времени значений ДП. на 4U И. 4Uj. на и) согласно фиг.2 дает в результате искомые зна , чения дОд и 4U,jnpoT т.е. долю отклонения полной компенсации ли напряжением и, обусловленного их фазовым сдвигом.

Приведенные на фиг.2 кривые ли и dUy г,ро позволяют сравнить долю недокомпенсации aU дополнительным напряжением Ucj для предлагаемого способа и известного. Если площадь под кривой uU означает разность напряжений U, - U , т.е. значения отклонения эталонного от подключенного основного входного напряжения, то площадь под кривой uU прот

означает долю недокомпенсации разницы ли из-за фазового сдвига uU и UQ (т.е. U,j 13) для известного способа. Предлагаемый способ, имея меньшие отклонения по фазе (т.е

и

а-10

и Ua 1х ) позволяет лучще компенси а

ровать ли и имеет суммарно примерно вдвое меньшие значения uU за продолжительность работы преобразова- . теля.

Предлагаемый преобразователь час- тоты, имеющий дополнительный мост 11, позволяет дпя компенсации all подключить в качестве дополнительного напряжения входное линейное напряжение, сдвинутое на угол /2 относительно основного входного напряжения в каждой половине интервала подключения. Так, для осуществления предлагаемого способа, например, в момент времени t (фиг.1) преобразователь (фиг.З) осуществляет включение тиристоров 20-22 в цепи основного тиристорного моста 5 и регулятора 9 напряжения с определенной ступе462818

ни напряжения дпя формирования положительной полуволны выходного тока преобразователя. Одновременно в мо- мент времени t- открывают тиристо5 ры 24-23 для обеспечения линейного напряжения Uj. на входе регулятора напряжения. Б момент времени t для обеспечения отрицательной полуволны тока включают тиристоры 25-27 и 28,

О 29. В момент времени -t для обеспечения тока положительной полярности во второй половине интервала Tj- включают тиристоры 20, 30, 22 и 31, 32. Система управления способом рабо 5 тает следующим образом.

Формирователь 33 импульса синхронизации с сетевым напряжением формирует короткий импульс в момент перехода сетевого напряжения через ну20 левое значение. Блоком 34 синхронизации осуществляется, синхронизация импульсов генератора 35 высокой частоты с импульсами формирователя 33. На выходе блока 34 синхронизации, кото рый связан с двоичным счетчиком 36 импульсов и дешифратором 37 следуют импульсы высокой частоты, например f 600 Гц. Другим выходом блока 34 синхронизации осуществляется синхро30 низация всех переключений коммутирующего устройства 38 синхронизирующими импульсами сетевого напряжения. Коммутирующее устройство 38 управляет режимами работы блоков распреде35 ления импульсов по тиристорам основного моста 39, распределения импульсов по тиристорам дополнительного моста, регулятора напряжения 39 и двоичного счетчика 36.

40 .

Двоичный счетчик 36 импульсов представляет информацию о количе стве поступивщих импульсов на его вход блоку 40 распределения, который

45 представляет собой постоянное программируемое запоминающее устройство (ППЗУ) , .программируемое заранее . При программировании учитываются условия естественной коммутации ти50 ристоров дополнительного моста и порядок подключения величин напряжения регулятора напряжения. Переключателем 41 дискретных значений выходной часто ы производится перек5 лючение программ ППЗУ, а также задается необходимое число подключений полупериодов основного напряжения. Ключом 42 производится установка

системы управления в тояние.

исходное сосФормула изобретения

Способ дискретного регулирования частоты, заключающийся в подключении на определенный интервал поочередно следующих напряжений эквивалентных входных фаз преобразователя для формирования основного выкодного напряжения и в суммировании каждого основного напряжения с дополнительным напряжением, при этом в каждом интервале подключения устанавливают момент времени совпадения фаз эталонного и основного напряжений в половине интервала продолжительности целого числа периодов подключенного основного напряжения, причем в первой половине интервала подключения в качестве дополнительного подключают напряжение с опережающим фазовым сдвигом и значение дополнительного напряжения регулируют с убывающим амплитудным значением, во вто1246281 О ,

рой половине интервала подключения в качестве дополнительного подключают напряжение с отстающим фазовым сдвигом, а значение дополнительного

5 напряжения регулируют с нарастающим амплитудд1ым значением, задаваемым из условий возможной компенсации разности напряжений эталонного и подключенного основного, о т л и 10 чающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения за счет уменьшения величины коэффициента гармоник, дополнительное напряжение формируют с углом

15 сдвига, равным -ТТ /2, относительно основного входного напряжения подключаемой эквивалентной входной фазы преобразователя, причем полярность дополнительного напряжения из20 меняют так, что дополнительное напряжение опережает на угол ТТ/2 основное напряжение в первой половине интервала подключения основного напряжения и отстает от него на угол

23 -ТГ/2 во второй половине интервала подключения основного напряжения.

Ц) t/4, Us U« (/е (t $ 4 4s ( S 9 tl4 tl,

f}

.-3,a

-. .Л-.-1 A. L -Jr. Г ..X 11

хл:у.. .ц,1Ф

.-3,a

5. r/2 t Фиг.2

Изобретение относится к элек-, . тротехнике и может быть использовано в частотно-рег.улируемом электроприводе. Цель изобретения -.улучшение качества выходного напряжения за счет уменьшения величины коэф. гармоник. Способ заключается в -под-, ключении на определенный интервал . поочередно следующих напряжений эквивалентных входных фаз для формирования основного выходного напряжегг ния и в суммировании основного и дополнительного напряжений, причем в первой половине интервала подключают дополнительное напряжение с опе- режаощим фазовым сдвигом, а во второй половине интервала - с отстающим фазовым сдвигом, и значение амплитуды регулируют с нарастанием. Способ отличается тем, что дополнительное напряжение формируют с углом сдвига, равным ±ТТ /2, относительно основного напряжения, причем полярность дополнительного напряжения изменяют так, что в первой половине интервала оно опережает на уголТ1/2 основное напряжение, а во второй половине интервала отстает от него на угол -тг/2. 4 ил. с € (Л

Фиг.З

Фмг.

Редактор В.Петраш

Составитель Г.ЬЬщык

Техред О.СопкоКорректор М.Демчик

Заказ 4016/51Тираж 631Подписиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская каб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная 4