Трехфазно-трехфазный непосредственный преобразователь частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M5/27 

129

использовано для частотного управления электроприводом и для автономных систем электроснабжения. Целью является уменьшение искажений выходного напряжения при широтно-импульс- ном регулировании его величины. Устройство содержит три трехфаэно од- нофазных преобразователя 1-3, каждый из которых собран на шести полностью управляемых ключах (4-9) с двусторонней проводимостью. Ключи 4-9 соединены по мостовой схеме и подключены к соответствующим нагрузкам 10-12.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении непосрественных преобразователей частоты, предназначенных, например, для частотного управления электроприводом и для автономных систем электроснабжения.

Цель изобретения - уменьшение искажений выходного напряжения при широтно-импульсном регулировании его величины.

На фиг. 1 представлена блок-схем непосредственного преобразователя частоты (НПЧ); на фиг. 2 - один из возможных вариантов функциональной схемы логического блока; на фиг. 3- временные диаграммы работы системы управления; на фиг. 4 - временные диаграммы работы ключей и эпюра выходного напряжения одной фазы преобразователя при различной глубине регулирования; на фиг. 5 - графики зависимостей коэффициента гармоник выходного напряжения от глубины регулирования для известного преобразователя и для предлагаемой схемы. Обозначения временных диаграмм на фиг. 3 и 4 соответствуют обозначениям элементов на фиг. 1 и 2.

НПЧ (фиг. 1) содержит три трех- фазно-однофазных преобразователя 1-3, каждый из которых собран на шести полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью (например, для первого - ключи 4-9), сое38

Одни выводы нагрузок 10-12 подключены к входам трехфлзно1 о вентильного моста 13 с управляемым ключом 14 на выходе, а другие выводы нагрузок - к входам аналогичного моста 15 с ключом 16. НПЧ позволяет разбить диапазон регулирования выходного напряжения на две части, в первой из ко- .торых напряжение регулируется чередованием приложенных к нагрузке фазных напряжений с нулевыми паузами, а во второй - чередованием фазных и линейных напряжений. 5 ил.

диненных по мостовой схеме с входными фазами А,В и С питающей сети и нагрузками 10-12. Одни одноименные зажимы нагрузок подсоединены к входам трехфазного вентильного моста 13 с управляемым ключом 14 на его выходе, а другие одноименные зажимы- к входам вентильного моста 15 с управляемым ключом 16 на выходе.

Выход задающего генератора 17

системы управления соединен со счетным входом 18 триггера 19 и с входом 20 пересчетной цепи 21, выходы

22-27 которой подсоединены к входам логического блока 28. Выходы 29 и 30 триггера соединены с входами дифференцирующих цепей 31 и 32, выходы 33 и 34 которых подсоединены к входам генераторов 35 и 36 пилообразного напряжения. Выходы 37 и 38 генераторов пилообразного напряжения соединены с входами 39 и 40 компараторов 41 и 42, входы 43 и 44 указанных компараторов соединены с источником опорного напряжения, а выходы 45 и 46 - с входами логического блока 28. Выходы логического блока 28 подключены к входам управляемых

ключей 4-9 и 14-1б(на фиг. 3 показано формирование управляющих импульсов для ключей одной фазы трехфазно- трехфазного преобразователя). Управ- .ление ключами двух других фаз осуществляется теми же импульсами 4 -9 с обеспечением сдвига импульсов уп312

равления на 120 эл, град, для второй фазы и на 240 эл.град. для третьей фазы.

Рассмотрим порядок формирования импульсов управления. Задающий гене- ратор 17 (фиг. 1) вырабатывает последовательность импульсов, частота которых в шесть выше частоты управления преобразователя (диаграмма 18, фиг, 3), Эти импульсы поступают на вход 20 пересчетной цепи 21, на шести выходах 22-27 которой формируются шесть последовательностей прямоугольных импульсов длительностью 60 эл.град и следующих с частотой, в шесть раз меньшей частоты задающего генератора (диаграммы 22-27, фиг, 3),

Кроме того, импульсы с выхода задающего генератора поступают на счетный вход триггера 19, а выходные им- пульсы триггера (диаграммы 29 и 30, фиг, 3) укорачиваются с помощью дифференцирующих цепей 31 и 32 (фиг. 1) с последующим выделением импульсов положительной полярности. Импульсы с выходов дифференцирующих цепей

(диаграммы 33 и 34, фиг, 3) поступают на входы генераторов 35 и 36 пилообразного напряжения (фиг. 1), которые формируют линейно нарастающие напряжения, сдвинутые между собой на

180 эл.град. (диаграммы 37 и 38, фиг, 3). Эти напряжения поступают на первые входы 39 и 40 компараторов 41 и 42 (фиг, 1), на вторые входы 43 и 4 которых поступает опорное напряжение UQI, для сравнения (диаграммы 43 и 44, фиг, 3) ,

В моменты равенства пилообразного и опорного напряжений компараторы опрокидываются, в результате на их выходах формируются прямоугольные импульсы, длительность которых при изменении уровня опорного напряжения Upi изменяется (диаграммы 45 и 46, фиг. 3),

Импульсы 22-27 с выходов пересчетной цепи поступают на входы логического блока 28 (фиг. 2), В логическом блоке эти импульсы складываются попарно на шести ячейках ИЛИ, и на выходах этих ячеек формируется шесть последовательностей импульсов (диаграммы , фиг. 3). Каждая из этих последовательностей импульсов поступает на один из входов ячеек И, на другие входы которых, подаются импульсы с выходов компараторов 41 и 42.

O 5

0

0

5

0

Q 5

384

На выходах указанных ячеек формируются последовательности импульсов (диаграммы 4 -9 на фиг. 3), поступающие на входы управляемых ключей 4-9 (фиг. 1), Последовательности импульсов по диаграммам 14 и 16 (фиг. 3), поступающие на входы ключей 14 и 16 (фиг. 1), формируются в логическом блоке путем инвертирования импульсов 45 и 46 (фиг. 2).

Рассмотрим работу фазы 1 преобразователя при регулировании выходного напряжения на нагрузке 10.

Выходное напряжение (эпюра lOa, фиг. 4а) формируется следующим образом. На интервале времени замкнуты ключи 4 и 16 и к нагрузке 10 прикладывается фазное напряжение Цд. На интервале t,j-t.j замкнуты ключи 14 и 16 и в напряжении на нагрузке формируется нулевая пауза. На интервале замкнуты ключи 9 и 14 . и к нагрузке 10 прикладывается фазное напряжение-и. На интервале tj-t на нагрузке 10 формируется пауза с помощью замкнутых ключей 14

и 16,

I

Переключением ключей 14, 16 и 4-9 (временные диаграммы 4а-9а, 14а и 16а, фиг. 4а) к нагрузке 10 прикладываются фазные напряжения Ug,-Up, Up,-Ug| и т.д., чередуясь с нулевой паузой в выходном напряжении, длительность которой зависит от глубины регулирования напряжения. Таким образом, на эпюре 10а (фиг, 4а) показана форма выходного напряжения преобразователя при регулировании его от нуля до уровня, определяемого действующим значением фазного напряжения питающей сети. Временные диаграммы 4б-9б, 146 и 1бб работы ключей преобразователя и эпюра выходного напряжения 106 на нагрузке показана (фиг, 4 б) для случая, когда нулевая пауза в выходном напряжении отсутствует. На интервале к нагрузке 10 приложено фазное напряжение и , на интервале - фаз-: ное напряжение-иJ, , затем напряжения Ug,-Цд, и,-Ug и т,д. В этом случае действующее значение напряжения на нагрузке равно фазному напряжению питающей сети.

На фиг. 4в показаны временные диаграммы 4в-9в, 14в и 16в работы ключей преобразователя и эпюра 10в выходного напряжения при регулироваНИИ его от значения фазного напряжения до значения линейного напряжения питающей сети. На интервале tg-t, замкнуты ключи 4 и 16 и к нагрузке 10 прикладывается фазное напряжение Од, На интервале t,-tg замкнуты ключи 4 и 9 и к нагрузке приложено линейное напряжение-и д (эпюра 10в, фиг. 4в). На интервале tg-t с помощью замкнутых ключей 9 и 14 к нагрузке прикладывается фазное напряжение-U j, а на интервале с помощью ключей 6 и 9 - линейное напряжение иgj,. Далее к нагрузке поочередно прикладываются фазные и линейные напряжения иц,-идр,-ид, Ucft . Uc,-U6c,-Ue, , и т.д.

Таким образом, в этой части диапазона регулирования выходного напряжения нулевая пауза отсутствует, регулирование ведется подключением на нагрузку фазных и линейных напряжений поочередно, причем длительность подключения фазных и линейных напряжений зависит от глубины регулирования.

На фиг. 4г приведены временные диаг1Гаммы 4г-9г работы ключей преобразователя и эпюра выходного напряжения 10 г для случая, когда к нагрузке прикладывается полное линейное напряжение, т.е. кривая выходного напряжения состоит из участков синусоид линейных напряжений питающей сети. На интервале через замкнутые ключи 4 и 9 к нагрузке прложено линейное напряжение -U. , на интервале через ключи 6 и 9 - линейное напряжение U. , далее - линейные напряжения-Цд , ,-Ue,c , U и т.д. Ключи 14 и 16 не замыкаются. На нагрузках 11 и 12 регулируемое напряжение формируется аналогично трехфазно-однофазными преобразователями 2,3 и управляемыми ключами 14 и 16.

Таким образом, предлагаемый НПЧ. позволяет разбитьдиапазон регулирования выходного напряжения преобразователя на две части, в первой из которых напряжение регулируется чередованием приложенных к нагрузке фазных напряжений с нулевьми паузам а во второй - чередованием фазных и линейных напряжений.

Использование предлагаемого изобретения позволяет улучпшть форму кривой выходного напряжения во всем

диапазоне регулирования по сравнению с известным.

На фиг. 5 приведены графики зависимости коэффипиента гармоник выходного напряжения К от отношения U|/Ugj(, где Uj - действующее значение первой гармоники выходного напряжения} Ugj - действующее значение линейного напряжения питающей сети;

кривая Г относится к известному преобразователю, кривая Г1 - к преобразователю по предлагаемой схеме. Из сопоставления этих кривьк видно, что коэффициент гармоник выходного напряжения предлагаемого НПЧ существенно . ниже, чем в известной схеме, во всем диапазоне регулирования.

0

5

0

Формула изобретения

Трехфазно-трехфазный непосредственный преобразователь частоты, содержащий три основных трехфазных моста на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, а также систему управления, включающую в себя последовательно связанные между собой задающий генератор и блок р спределения импульсов, выполненный, например, на основе последовательно включенных шестиразрядного кольцевого регистра и логического узла на шести двухвходовых логических элементах ИЛИ и на шести двухвходовых логических элементах 2И, одни входы каждого из которых подключены к выходу одного из логических элементов 2ИЛИ, а вторые входы - к выходу блока изменения длительности управляющих импульсов, включающего в себя по крайней мере один первый модулятор ширины импульсов, вход которого связан с выходом задающего генератора, а также второй модулятор ширины

5 импульсов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений выходного напряжения при широт- но-импульсном регулировании его величины, он снабжен двумя трехфазными

0 вентильньми мостами с полностью управляемыми ключами на их выходах, причем входы одного из них подключены к одним, а входы другого - к дру- Тим одноименным вькодным выводам

5 основных трехфазных мостов, система управления снабжена триггером, вход которого подключен к выходу задающего генератора, прямой и инверсный его выходы подсоединены к тактовым

5

0

712921388

входам упомянутых первого и второго . половин упомянутых логических элемен- модуляторов ширины импульсов, управ- тов 2И и через введенные логические ляющие входы последних объединены, элементы НЕ связаны с управляемыми а их выходы подключены к вторым вхо- . входами двух указанных полностью уп- дам соответственно одной и второй 5 равляемых ключей.

222324252621

45 45

4

5

б

6

Г

Г

8

В

9

te.

EH

18

SO

a

I t i 1 I I I I i ( I I I 1

II-I m m rn rn щciu

rnrnr-irnf-irnnn

j

ni

m

JUL

JUL

rZL

JCZL

JUL

JQ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть Фиг.-f СО к 00 00

f5

45

ГТ-1 П- rr--, rr-1 rr-- Т ГТ ГТ-t

rt П-1,СТ-1 ГТ-1 ГТ- ГТ- ГТ-1 rt

JOHL

XT

1

XT:

XT

-Q

ГЕ

JX

ХГ

-ELZUI

JOI

xr

XT

rr

nzj

JTL

П

n

-JH-«, u« -u,

U,U, -UtU,U Uc -U, Uf -llf

ППП n П П

П ППП П П П .t

и, Ни «4 -Ua-Ot Чя и, «,,-«, Uet Ut -Ц„ -и, Ut, Ut -Uc,

т

1ц

Щ

Л

-М

Uia UK J« о

fDt

(

flrt/(

Ш:

110

WO90

во

70 60 SO

30 20 Ю

О 0,1 0,1 0,3 0, 0,5 0,6 0,1 0,8 0,9 1,0

Фиг, 5

Составитель Г.Мыцык Редактор Н.Марголина Техред А.Кравчук

Заказ 283/56 Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

А. ив)

Корректор С.Шекмар