Способ преобразования трехфазного напряжения одной частоты в трехфазное напряжение другой частоты Советский патент 1986 года по МПК H02M5/27 

« .

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для использования в частотно-регули руемом электроприводе с дискретными ступенями изменения значений выходных частот ниже и Bbijie входной частоты преобразователя и осуществляется естественной его коммутацией. В зависимости от числа регулируемых ступеней входного напряжения форма кривой выходного напряжения может быть приближена к синусоидальной, а эффективное его значение установлено исходя из требуемого регулируемого значения.

Цель изобретения - упрощение реализации преобразования частоты за счет обеспечения возможности естественной коммутации тиристоров преобразователя, а также расширение функциональных возможностей преобразования частоты за счет обеспечения регулирования величины выходного напряжения одним преобразователем.

На фиг. 1, 2 и 3 приведены кривые регулирования трех входнь1х напряже- НИИ Ug. UB,, U,, при входной частоте преобразователя, равной 50 Гц, и получаемое их суммированием синусоидальное напряжение и„.1 + UBX-S в. трех выходных фазах преобра зопателя соответственно с частотами 33,3; 37,5; 56,25 Гц; на фиг. 4 и 5 - то же, для одной выходной фазы преобразователя (а) и с дискретным ступенчатым приближением реального выходного напряжения УВЫХ требуемым Ug, кривым (б) при выходной частоте 2,85 Гц и нагрузке в виде асинхронного электродвигателя (фиг.4) и выходной частоте 60 Гц и активной нагрузке преобразователя (фиг. 5); на фиг. 6 - одна выходная фаза силовой схемы преобразователя; на фиг. 7 - блок-схема системы управления преобразователем. В преобразователе, реализующем предлагаемый способ (фиг. 6), каждая пара выводов 1,2; 2,3; 3,1 линейного входного напряжения преобразователя через реверсивные ключи 4, 5 и 6 переменного тока подключена к входным выводам 7,8; 9,10; 11,12 первичной обмотки трансформа 1|рра регуляторов переменного напряжения 13-15. Выходные выводы 16-21 регулят оров на- .пряжения включены в последовательную цепь выводов 22 и 23 выходной

512572

фазы нагрузки. Остальные выходные фазы преобразователя выполнены аналогично указанному.

Формирование требуег гх значения 5 и формы выходного напряжения 11 , ступенчато приближенных к заданному эталонному значению выходного напряжения синусоидальной формы U частотой ниже и выше входной частоты 0 преобразователя с естественной коммутации, по данному способу реализуется следуюпщм образом.

Устанавливают абсолютное значение частоты ж.| модулирующего воздействия ниже абсолютного значения входной частоты Jg преобразователя, т.е. iuJg.1 . При данном условии разность абсолютных значений выходной и входной .jf частот преобразователя с отрицательным знаком определяет значение модулирующей частотыuJ, при выходной частоте/ преобразователя ниже его входной частоты, а с положительным знаком -оО„ при Преобразование осуществляется при дискретных значениях выходных частот, определяемых зависяIS

25

20

МОСТЬЮ uJo

П1

где т,- экk,

w h

Бивалентное число входных фаз, из напряжений которых формируется выходное напряжение; k, h - целые числа периодов выходного и входного напряжений преобразователя, имеющие наименьшее общее делимое. При этом в общем выражении модулирующего возотг

действия Ч (h) t + (-1) (n-i)4 1

.

где i I, 2, 3;n 1, 2, 3- ин- дексы фаз входного и выходного напряжений соответственно, значение индекса р задают равным р 2 при и

бЫХ вX

а tjJ.

Чых ЧхР 1 при J,.,

В выражении выходного напряжения

3 п-й фазы и (h)

и. %(п) индексы

i, п могут иметь любые из сочетаний, определяемых выражением 4(h)

р21Т

cosfuJ t + (-1) (п-1)тг- вьппе при- мJ

веденных значений, например при , что соответствует входному напряже-

S5

2Я

нию sin(uJg t - -г- ) и р, равном 2,

модулирующей функцией Ч является:

2TI .пря п 1, Ч cos(cJ,t - у- ) (впер

вой выходной фазе преобразователя-): при п 2, Ч cosuJ t, при п 3,

отт

У cos(u; t + 4 ).

м j

. На фиг. 1 и 2 показано модулирующее воздействие с частотой при входной частоте преобразователя, равной 50 Гц, а также формирование требуемого трехфазного выходного напряжения П с частотой 33,3 и

BplX р

37,5 Гц при модулирующей частотеiJ, равной 16, (6) и 12,5 Гц соответственно. На фиг. 3 показаны аналогичные зависимости формирования трехфазного напряжения выходной частоты 56,25 Гц при модулирующей частоте, равной 6,25 Гц. Полупериоды модулиру- кнцего воздействия с частотой tJ соответствуют моментам времени переключения полярности входных напряжений

f JM

и.

и., ±и sinu) t;

6X1 гт, ex

3 бк 3

6х 2

i

(Чх

. ,. + -г-- ), например и

-iU.

sin(uJg,t +

ex-г

(фиг.2) в моменты времени t, и t ; Ug -

3 4

преоб-

в первой выходной фазе U,,, разователя и регулируемого по амплитудному значению во времени входного напряжения Uj, j в моментах времени

,, го эффективного значения осуществля ется выбором соответствующих ступеней регулирования входных напряжеtj и

t,. во второй выходной фазе прео

30

образователя.

Как видно из фиг. 1, 3, в соответствии со значением модулирующей функции с частотой uJ регулируются амний по зависимостям kpUg , kpU , коэффициент kp соответствует требуемому значению регулиро вания эффективного значения Ц

вых

мгновенные значения Ug, , u t ъхз приближены к значениям, определяемьЕ согласно зависимостям с kp 2/3. Пр меры дискретного регулирования U,

гоштудные значения трех входных напря- 5 U , U приведены на фиг. 4 и 5.

Рассмотрим примеры формирования „трехфазного выходного напряжения, например, с частотой ниже входной частоты преобразователя, т.е. при 0 uJa oJ .В общем выражении

же НИИ и

и„

и„

которые в

1 вх 2 SX 3

сумме образуют выходное напряжение эталонной частоты и требуемого эф- |)ективного значения. Медленное изменение амплитудного значения формиру- кяцих напряжений Ugj е-г,г BXJ с частотой uJ ниже значения входной частоты преобразователя позволяет требуемую модуляцию значений вход- ных напряжений осуществлять естественными коммутациями преобразователя (фиг. 4б, 56).

С целью обеспечения регулирования значения выходного напряжения преоби „,)t cos.J t-«-sin()cos(a),t- -|-)Biii(.a ) coe(.)

U,,j-U einJ t-co8{uJ t-«)Bin{uJ t) cos 0 t eio{uJ t+ -) co8( -)l;

21Г2TT2ТГ2K

0 -U sinaJ,t COB( -)+8in( -) CO8(u)t-)(cJ ) ).

2512574

разователя величину каждой из трех составляющих соответствующего выходного напряжения изменяют дискретно с помощью трансформаторно-ключевого 5 регулятора. На фиг. I на левой стороне показано требуемое оптимальное (с бесконечно большим числом ступеней изменения значений и„ ) значение

пХ

входных напряжений Ug, , , U г г вх i

IQ для формирования выходного напряжения Ug(,,, с амплитудным значением, paвны : 1,5 U, а на правой стороне - вых - я.мплитуд}а 1м значением, равным амплитудному значению входного напряJ, жения, т.е. с регулируемым значением, равным 2/3 от номинального значе- ™ вых данном примере коэффициент трансформации входного напряжения высшего уровня в регуляторе берут

„ с единичным значением. При выборе этого коэффициента трансформации может быть установлено требуемое номинальное значение и,, . В свою очередь регулирование вниз от номинально-

,, го эффективного значения осуществля - ется выбором соответствующих ступеней регулирования входных напряже.

ний по зависимостям kpUg , kpU , коэффициент kp соответствует требуемому значению регулирования эффективного значения Ц

вых

мгновенные значения Ug, , u t ъхз приближены к значениям, определяемьЕм согласно зависимостям с kp 2/3. Примеры дискретного регулирования U, ,

U , U приведены на фиг. 4 и 5.

5 U , U приведены на фиг. 4 и 5.

Рассмотрим примеры формирования „трехфазного выходного напряжения, например, с частотой ниже входной частоты преобразователя, т.е. при 0 uJa oJ .В общем выражении

6Ь1 X в X

выходного напряжения преобразовате-

U.V) и k ,

rr, Р

t ля Ugj,|(h) 5 - 0--l) + (-lf(n-i) ,

принимая при номинальном значении коэффициент регулирования kp 1 получим следующие выражения напряжения выходных фаз:

Лия формирования выходного напряжения гфеобрааователя выше входной частоты преобразователя, т.е. при

и -и

вы (

211

26

Isin U.

COSu)ttsin( t- -5-) CDS{.J t+-5-)8inHg, t + ™) COsCuJ t- ) ;

и

,, ,t COs( -)t-sin(a/, t- --) C08.xJ t4ein(uJ,t-t---) COS (x, ) ;

и

2 If

.2Л

в«л i

:U Lsina t COS()-bsinK. t- Y COsKt- .. COSuJ,tl.

Для пояснения способа используются не все тиристоры преобразователя а только 24-6 I.

Переключение полярности входных напряжений и дискретное регулирование их амплитудных значений согласно предложенным модулирующим функциям с частотой 1хЗ„ может осуществляться согласно схеме преобразователя на фиг, 6 переключениями соответству- кицих реверсивных ключей переменного тока от входного напряжения преобразователя и соответствующих ступеней значений напряжения на выходе регу ляторов переменного напряжения преобразователя. Эти регуляторы напряжения (13-15)могут иметь, различное исполнение, позволяющее с требуемой точностью регулировать значения напряжения на их выходе. С целью экономии тиристоров и секции обмоток трансформатора регулятора напряжения во многих случаях на практике, например для электропривода, допусти МО ступенчато-аппроксимированное регулирование зависимостей изменения трех суммируемых входных напряжений преобразователя. Соответствующие оптимальные (а) и аппроксимированные (б) кривые, поясняющие процесс преобразования частоты, показаны на фиг. 4 и 5, а включенные тиристоры - на фиг, 6.

В таблице приведены характерные интервалы времени формирования выходного напряжения преобразователя. Для примера согласно фиг. 4 принято, что значения входного напряжения на выходных .выводах регуляторов напряжения имеют соответственно 0; 0,5; 0,8; 1,0 значения от полного (номинального) значения входного линейного напряжения преобразователя, а для примера согласно фиг, 5 - соответственно 0; 0,4; 0,6; 1,0, Согласно фиг. 4, например, в момент t, начинается формирование положи

-

и ) I , получим следующие выражения напряжений ВЕ 1ходных фая:

Ш

211

26

™) COsCuJ t- If

.2Л

..

тельной полуволны U,,,,; с повторением в момент t.

Соответствующие

аналогичные моменты t, t показаны на фиг. 5, Переключение полярности регулируемого входного напряжения, например, U (штрихпунктнрная кривая) согласно зависимостям формирования выходного напряжения показано на фиг. 4, 6 и в таблице при включении тиристоров 44 и 45 в момент t , а согласно фиг. 5 и 6 - напряжения

25

30

35

40

45

50

55

и

бХ 3

в момент t включением тиристоров 56 и 57.

Система управления преобразователем для осуществления предложенного способа работает следующим образом.

Компаратор 62 выявляет начало положительного полупериода входного напряжения одной фазы. Управляемый ключ 63 привязывает импульсы .генератора 64 прямоугольных импульсов к- входному напряжению, чем осуществ-5 ляется умножение частоты. Двоичный счетчик 65 ведет счет импульсов, поступивщих от ключа 63. Дешифратор 66 выдает импульсы повторения счета счетчиком 65 после поступления от ключа 63 количества импульсо.в, равных по продолжительности полуперио- ду выходного напряжения. Блоки 67-69 дешифруют импульсы согласно заданным моментам открывания тиристоров преобразователя соответственно в трех выходных фазах преобразователя. Распределители 70-72 распределяют дешифрованные импульсы по тиристорам, а блоки 73 осуществляют усиление импульсов. Для уменьшения влияния помех и исключения возможных возникших ложных импульсов введены блоки 74 и 75, Клок 74 осуществляет счет заданного числа периодов входного напряжения, после чего дешифратор 75 импульса сброса осуществляет сброс всей ранее записанной информации. Цпя реализа712512378

гдаи предоюженного способа могут при-предназначенные для програм шого

меняться и другие системы управлештя, управления.

При выходной частоте i42,85 Гц

Как видно из приведенного, формирование по повторенным полупериодам выходного напряжения аналогично предыдущему, но отличается включением других тиристоров ключей переменного тока и регуляторов напряжения, что задается заранее составленной программой подачи импульсов управления тиристорами преобразователя. Продолжительность повторения этой прог-

раммы импульсов управления тиристорами преобразователя для схемы согласно фиг. 6 примерно в шесть раз больше интервала на фиг. 4. Повторенная реализация программы во время работы преобразователя осуществляется синхронизацией с определенной фазой напряжения преобразователя. Дпя каждого значения выходной часто ты составляется своя программа уп-; равления, например согласно кривым на фиг. 4 и 5.

Формула изобретения

1. Способ П1)еобразования трехфазного напряжения одной частоты в трехфазное напряжение другой частоты путем амплитудно-импульсной модуляции каждого из i-x напряжений сети:

y,(i-l)--|-l,

соответствующим по фазе п-м квазиси- нусоидальным модулирзтощим воздей- 35 ствием, близким к гармоническому воздействию:

.иг--г:- и -(-1/(п-1)-г-,

с последующим суммированием результатов модуляции для каждой п-й фазы

25710

выходного напряжения тиристорного преобразователя в соответствии с вьфажением

3

(и) Y1 ч мы. i I

где ,3; ,3 - индексы фаз сетевого и выходного напряжений;

и -амплитуда сетевого напряжения;

t - момент времени переключения полярности ВХОДНЫХ;напряжений, - отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации преобразования частоты за счет обеспечения возможности естественной коммутации тиристоров преобразователя,преобразование осуществляют при условиях

20

uJ

.Э

k ,

-R Чх

где uJgj( ,eыx .tт, - сетевая, выходная частоты и частота модуляции соответственно;

nig 3 эквивалентное число входных фаз, из которых формируется выходное напряжение;

k, h - целые числа периодов выходного и сетевого напряжений преобразователя, имеющие наименьшее общее делимое;

при jJg, oOg и при uJgp,,.

2. Способ ПОП.1, отличаю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования величины выходного напряжения, величину каждой из трех составляющих г соответствующего выходного напряже- ния изменяют дискретно с помощью трансформаторно-ключевого рег.улятор.а.

V

NL ..

CA

/

. x.

y

ФМ&7

Ф112.3

ф|/а.5

гг 23

fut.S

Изобретение относится к элект- , ротехнике и предназначено для использования в частотно-регулируемом электроприводе. Цель изобретения - упрощение преобразования частоты за счет обеспечения возможности естественной коммутации тиристоров преобразователя , а также расширение функциональ- rajx возможностей преобразования частоты за счет обеспечения регулирования величины выходного напряжения одним преобразователем. Способ обес- печивает формирование требуемых значения и формы выходного напряжения, ступенчато приближенных к заданному эталонному значению выходного напряжения синусоидальной формы частотой ниже и ш,1ше входной частоты преобразователя, Регулирование значения выходного напряжения, обеспечивают с помощью трансформаторно-ключевого регулятора путем дискретного изменения каждой из трех составляющих соответствующего выходного напряжения, 1 з,п. ф-лы, 7 ил. 1 табл. (Л

Составитель Г. Мыцык Редактор М. Дыпын Техред,6.ГортвайКорректор л. Пилипенко

Заказ 4423/55Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Фиг. 7