Способ формирования квазисинусоидального тока в трехфазной нагрузке Советский патент 1987 года по МПК H02M5/27 

1134

Изобретение относится к преобра евательной технике, в частности к лассу систем управления преобразоателями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано ля питания частотно-управляемь Х электроприводов переменного тока и спецпотребителей.

Целью изобретения является улучение гармонического состава фазного тока нагрузки при регулировании го величины.

На фиг, 1 представлена временная иаграмма для первой группы послеовательностей импульсов управления ключами силовой части устройства; на фиг, 2 - временная диаграмма для второй группы последовательностей импульсов управления; на фиг, 3 - временная диаграмма при поочередной подаче на управляющие зажимы ключей импульсов первой и второй групп последовательностей; на фиг, 4 - временная диаграмма для третьей группы последовательностей импульсов управления; на фиг, 5 - эпюра напряжения на фазной обмотке двигагеля при формировании по третьей группе после- довательностей импульсов- управления; на фиг. 6 - временная диаграмма при поочередной подаче на управляющие зажимы ключей импульсов второй и третьей групп последовательностей; на фиг, 7 - временная диаграмма для четвертой группы последовательностей импульСов управления; на фиг, 8 - временная диаграмма при поочередной подаче на управляющие зажимы ключей импульсов первой и четвертой групп последовательностей; на фиг, 9 - силовая часть и структурная схема блока управления устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг, 10 - пример выполнения первого и четвертого логических блоков; на фиг, 1 - пример выполнения второго логического блока; на фиг, 12 - пример выполнения третьего логического блока; на фиг, 13 - пример выполнения пятого логического блока; на фиг, 14 - временные диаграммы напряжений на входах и выходах компараторов структурной схемы, изображенной на фиг, 13,

Нумерация выходов блока управления соответствует нумерации ключей силовой части устройства. Нумерация выходов отдельных лог ических блоков

82

соответствует нумерации временных- диаграмм импульсов на выходах этих блоков.

Устройство для реализации способа

(фиг, 9) содержит силовую часть, построенную на полностью управляемых ключах 1-15 с двусторонней проводимостью. Одни выводы ключей 1-4, 6-9,

11-14 подсоединены к линейным А,В,С и нулевому О проводам питающей сети. Другие выводы этих ключей, а также одни выводы ключей 5,10 и 15 для каждой фазы электродвигателя соединены между собой и с выводом его фазной обмотки (16-18), соединенной с обмотками других фаз, по схеме звезда. Другие выводы ключей 5,10

и 15 соединены с общей точкой звезды. Блок управления состоит из управляемого по частоте задающего генератора 19 низкой частоты, распределителя 20 импульсов, соединенного последовательно с генератором 19, перво.го 21, второго 22 и третьего 23 компараторов, первые входы которых соединены с источниками первого UQ,, второго Ugi и третьего опорных напряжений, Блок управления включает также датчики максимального и минимального мгновенных значений фазных (24-29) и линейных (30-35) напряжений питающей сети, источник 36 постоянного напряжения с регулируемым выходом 37, соединенным с управляющим входом задающего генератора 19, В блок управления входит также генератор 38 пилообразного напряжения высокой частоты, последовательно соединенный с выходом 37 источника 36 постоянного напряжения, причем выход 39 этого генератора подключен к вторым входам первого 21 и второго 22 компараторов. Второй вход третьего компаратора 23 подключен к выходу 37 источника 36 постоянного напряжения,

Блок управления содержит также пять логических блоков 40.-44, причем выходы Y,-Yg распределителя 20 импульсов соединены с входами первого 40, третьего 42 и четвертого 43 логических блоков. Компараторы 21-23 выполнены с выходами 45-50, Выходы

А В« С Л 8 Ct , Zgp, Zp,

Z-, Z(Cд датчиков 24-35, а .также выходы 47 и 48 второго компаратора 22 подключены к входам второго логического блока 41, выходы 51-58 КОТОРОГО

подсоединены к входам третьего логического блока 42. Выходы 1Х, IXg, IX , первого логического блока 40, выходы 2Х, ЗХ, 2Х,

ЗХ 2, 6 6

2Xg, 3Xg. 2Х,, ЗХ,. 2Х,2, ЗХ , , ЗХ,з, 2Х. 2Хд, 2Х, 2X5, ЗХ,, 2Х. , ,3X,5 третьего логического блока 42, выходы 4Х, 4Xg, 4Х,, 4X2 4Xg, , 4Xg, 4Х, 4Х четвертого логического блока 43, а также выходы 45 и 46 первого 21 и выходы 49 и 50 третьего 23 компараторов подсоеди йены к входам пятого логического блока 44, ключи 1-15 которого подключены к управляющим зажимам указанных

ключей. Принцип формирования напряI,

жения на фазной об мотке двигателя и

тока в ней заключается в том, что, замыкая ключи 1-15 силовой части схемы по определенному алгоритму, подключают на фазную обмотку двигателя в одном случае поочередно циклически фазные напряжения питающей сети, реализуя, таким образом, циклический способ управления при непосредственном преобразовании частоты, во втором случае на фазную обмотку двигателя подключают ступенчато изменяемые напряжения, равные по абсолютному значению 0,1/3; 1/2; 2/3; 1/2; 1/3,0 и т.д. от максимальных и минимальных мгновенных значений фазных напряжений, в третьем случае - напряжения, равные по -абсолютному значению 0,1/3; 1/2; 2/3; 1/2; 1/3,0 и т.д. от максимальных и минимальных мгновенных значений линейных напряжений питающей сети. Во втором и третьем случаях реализуется инверторный принцип формирования выходного напряжения. Таким образом, весь диапазон регулирования разбивают на три зоны. Первая - от нуля до напряжения, определяемого при выходной час- тотесО„, 0,057сО (для совместного

ОЫл

регулирования частоты и напряжения при частотном управлении электродвигателем) . Предельное значение напряжения этой зоны равно О,006U, Вторая зона - от 0,047 до 2/3Ucp, третья - от 2/Зи до 2/3vf3Uq,. Соответственно в каждой из зон формируют свой алгоритм управления ключами. Рассмотрим суть предлагаемого способа по диаграмме (фиг, 1-8) и по силовой части устройства (фиг, 9), реализующего способ,

417084

В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до 0,047и,. На.временных диаграммах (фиг. 1) при- ведены импульсы управления первой группы последовательностей импульса ключей 1-15 (фиг. 9) при нулевом уровне выходного напряжения на фазной обмотке 16 (эпюра 16 на

,Q фиг. 1). При этом на интервале , замыкают- ключи 4,9 и 14, ключи 1-3, 5-8, 10-13 и 15 размыкают. Фазные обмотки 16-18 оказываются закороченными и выходное напряжение равно ну- ,g лю. На интервале Ц замкнутыми оказываются ключи 5,10 и 15, а ключи 1-4, 6-9, 11-14 - разомкнуты. Обмотки 16-18 вновь закорачивают и выходное напряжение остается равным нулю.

„д Далее, как показано на диаграммах фиг. 1, порядок замыкания и размыкания ключей повторяется и напряжение на обмотках остается равным нулю, Попеременное замыкание ключей 4 и 5,

25 9 и 10, 14 и 15 применяют для того, чтобы более равномерно распределить нагрузку между этими ключами.

Максимально возможное значение 30 выходного напряжения при таком управ- . лении может достигнуть величины UjK, На временных диаграммах (фиг. 7) приведены импульсы управления четвертой группы последовательностей импульсов 4Х , При этом на интервале ., замыкают ключи 3,7 и 11. К фазным обмоткам 16--18 двигателя подключаются фазные напряжения питающей сети фаз С,В,А соответственно. На .„ интервале на фазные обмотки двигателя с помощью замкнутых ключей 1,8 и 12 подключаются напряжения фаз А,С,В. На интервале t -t ключами 2,6 и 13 к двигателю подключают напряжения фаз В,А,С, а на интервале с помощью ключей 3,7 и 11 - вновь напряжения фаз С,В,А и т,д. В результате на обмотках двигателя - формируется напряжение, форма которого для фазной обмотки 16 показана на фиг. 7. Эта форма образуется путем циклического подключения нагрузки к фазным проводам питающей сети. Частота этого напряжения и тока в обмотке определяется выражением

35

45

55

и)

ьых

ft-о), где S2 - частота следования импульсов управления в четвертой группе последовательностей импульсов .

51

Для получения промежуточных значений выходного напряжения в первой зоне (0-0,Оби ) применяют метод ши- ротно-импульсного регулирования (ШИР), при котором длительность подключения обмоток двигателя к напряжениям фаз А,В,С сети регулируют так, что в течение части каждого из интервалов (tg-t,., t -t.,,..) обмотка оказывается- подключенной к одному из указанных фазных напряжений (управление ключами 1-15 осуществляют с помощью четвертой группы последовательностей импульсов - временные диаграммы фиг, 7), остальную часть интервала обмотки оказываются закороченными (управление ключами осуществляют ,с помощью первой группы последовательностей импульсов - временные диаграммы фиг. 1).,В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг. 8. Здесь временные диаграммы ( 1-4)Х;,-( 1-4)Х означают, что каждая из последовательностей импульсов получена из первой и четвертой групп последовательностей. Выходное нап ряжение в этой зоне показано эпюрой . Здесь часть 59 интервала t -t соответствует подключению обмотки 16 к напряжению фазы С питающей сети (диаграмма управления ключами по четвертой группе последовательностей - фиг. 7) в течение другой части 60 этого интервала обмотка 16 закорачивается (диаграмма управления ключами по первой группе последовательностей - фиг, 1), В дальнейшей аналогично: во время пауз, когда напряжение на обмотке равно нулю, ключи 1-15 управляются по Диаграммам первой группы последовательностей импульсов (фиг, 1), во время импульсов, когда к фазным обмоткам двигателя прикладываются напряжения U, фаз А,В,С питающей сети, ключи 1-15 управляются по.диаграммам четвертой группы последовательностей импульсов (фиг, 7),

Верхняя граница зоны выбрана по частоте в соответствии с соотношением о) 0,047а), Оно получено из следующих соображений. При формировании напряжения на обмотке двигателя и тока в ней в первой зоне ближашие к основной гармоники, вызывающие значительный нагрев двигателя, имеют частотыиЗ +2Si и 4fl-tJ и ам , плитуды 1/2 и 1/4 соответственно от

86

амплитуды первой гармоники. Во второй зоне, где переключения ключей осуществляют по инверторному способу, ближайшие к основной гармоники

имеют частоты 1 luJ, и 13сО, и амплитуды 1/11 и 1/13 соответственно от амплитуды первой гармоники, где сО - частота основной гармоники. Равенство о) О,Обо) получено из

условия минимума потерь мощности от высших гармоник на границе перехода из первой по вторую зоны.

На верхней границе второй зоны выходное напряжение достигает зна2

чения -Uq, (эпюра Ц, на фиг, 2), На

временных диаграммах (фиг, 2) приведены импульсы управления второй группой последовательностей импуль-

сов 2Х -2Xg, Здесь же приведены прямоугольные импульсы на выходах датчиков наибольших (2д, Zg, Z.) и наименьших (Zд, Zg, Z) фазных напряжений питающей сети. При этом на интерна

ле замыкают ключи 4,7 и 14, Так как на этом интервале действуе г минимальное мгновенное значение фаз-/ ного напряжения фазы В (), то на обмотке 16 появляется положитель-30 ное напряжение, равное

Это получается вследствие параллельного подключения с помощью ключей 4 и 14 обмоток 16 и 18 к нулевому проводу .j и фазной обмотки 17 с помощью ключа 7 - к линейному проводу фазы В,

8результате напряжение фазы В делится между обмоткой 17 и параллельно соединенными обмотками 16 и 18

40 в отношении 2/3 : 1/3, Поэтому на обмотке 16 выделяется напряжение,

. равное rUjy положительной относитель.но общей точки звезды полярности.

45 На интервале t -t также действует минимальное мгновенное значение фазного напряжения фазы В (), при этом замыкают ключи 4,7 и 15. В результате фазное напряжение фазы В

50 делится пополам между обмотками 16 и ,17, т.е. на обмотке 16 выделяется положительное напряжение, равное

Ucp (обмотка 18 закорачивается клю55 чом 15), На интервале действует максимальное напряжение фазы А (), При этом замыкаются ключи 1,

9и 14, в результате чего обмотки

17 и 18 параллельно подключаются к

7

нулевому проводу, а обмотка 16 - к фазному проводу фазы А, Поэтому напряжение Ujp фазы А делится между обмоткой 16 и параллельно соединенными обмотками 17 и 18 в отношении 2/3 : 1/3, и на. обмотке 16 выделяет

ся напряжение, равное U , положительной полярности. Далее на интервале t .j-t, в результате замыкания ключей 1,10 и 14 на обмотке 16 выделяется напряжение положительной полярности, равное по величине

L,

и , потом снова на интервале t -t напряжение, равное , На интервале в результате замыкания ключей 5,9 и 13 оЕ мотка 16 закорачивается ключом 5 и напряжение на ней оказывается равным нулю. Далее на интервале аналогичным замыканием ключей с учетом сигналов на выходах Ед, Zg, , Z, Z, Z-, Z- датчиков на обмотке 16 формируется напряжение отрицательной полярности, по числу ступенек и по величине напряжения повторяющее положительную полуволну и т,д.

Для получения промежуточных значений выходного напряжения во вто2

рой зоне (О,Оби - oU ) также используют метод LIMP, при котором длительность подключения обмоток двигателя к напряжениям фаз -А,В,С сети регулируется так, что в течение каждого из интервалов .,-, . часть интервала обмотки оказывается подключенной к одному из указанных фазных напряжений (управление ключами 1-15 осуществляют с помощью второй группы последовательностей импульсов - временные диаграммы фиг, 2), остальную, часть интервала обмотки оказываются закороченными (управление ключами осуществляют с помощью первой группы последовательностей импульсов - временные диаграммы фиг, 1), В результате диаграммы управления ключа- ми в этой зоне соответствуют фиг, 3, где временные диаграммы (lr2)X.j- (1-2)Х g означают, что каждая из последовательностей импульсов получена на первой и второй группах последовательностей. Выходное напряжение в этой зоне показано эпюрой U,g. Часть 61 интервала ., соотве Увует подключению к обмотке 16 напряжения.

8

1.

равного nU от фазного напряжения

фазы В питающей сети, минимальное

мгновенное значение которого фикси- с руется выходом Z- датчика минимального мгновенного значения фазного напряжения (диаграмма управления ключами по второй группе последовательностей - фиг, 2), в течение части 62

0 этого интервала обмотка 16 закорачивается (диаграмма управления ключа м по первой группе последовательностей - фиг. 1), в дальнейшем аналогично: в) время пауз, когда напряжение

5 на обмотке равно нулю, ключи 1-15 управляются по диаграммам первой группы последовательностей импульсов (фиг, 1), во время импульсов, когда на- обмотках двигателя появля0 ются напряжения различной величины, ключи 1-15 управляются по диаграммам второй группы последовательностей импульсов (фиг, 2), В третьей зоне выходное напряжение меняется

5 2,, 2 ГГ-- 2,,

от Uq, ДО - V3U, т,е, до -U , где

и., - линейное напряжение между фазами. На временных диаграммах (фиг, 4) приведены импульсы управления тре0 тьей группы последовательностей импульсов ЗХ,-ЗХ для ключей 1-15 (фиг, 9), при которых достигается верхняя граница третьей зоны регулирования напряжения (эпюра U

r на фиг, 5), При этом на интервале замыкают ключи 3,7 и 13; так как на этом интервале действует минимальное мгновенное значение линейного напряжения между фазами В и С

0 ( обмотке 16 появляется положительное напряжение, равное rU,

Это получается вследствие параллельного подключения с помощью ключей,

5 3 и 13 обмоток 16 и 18 к фазному проводу фазы С и обмотки 17 с помощью ключа 7 - к фазному проводу фазы В, В результате линейное напряжение U между фазами В и С делится между.

обмоткой 17 и параллельно соединенными обмотками 16 и 18 в отношении 2/3 : 1/3, Поэтому на обмотке 16 и

55

выделяется напряжение, равное

-и положительной относительно общей J

точки звезды полярности. На интервале , замыкают ключи 1,7 и 15. На этом интервале действует максимальное .мгновенное значение линейного напряжения между фазами А и В

О

(Едц 1), В результате линейное напряжение между фазами А и В делится пополам между обмотками 16 и 17, т.е. на обмотке 16 выделяется поло- жительное напряжение, равное

. Обмотка J8 закорачивается ключом 15. На интервале tj t по-прежнему действует максимальное линейное напряжение между фазами А и В (Z.) При этом замыкаются ключи 1,7 и 12, в результате чего обмотки 17 и 18 параллельно подключаются- к фазному проводу фазы В, а обмотка 16 - к фазному проводу фазы А, Поэтому напряжение и между фа.зами А и В делится между обмоткой 16 и параллельно соединенными обмотками 17 и 18 в отношении 2/3 1/3 и на обмотке 16 выделяется напря

2

жение, равное , положительной полярности. Далее на интервале Сд-ц в результате замыкания ключей 1,10 и 13 на обмотке 16 выделяется напряже- ние положительной полярности, равное

по величине L, „

ти. Потом снова на интервале t -tg - напряжение, равное -Цд. На интервале t -t в результате

зайыкания ключей 5,7 и 13 обмотка 16 закорачивается ключом 5 и напряжение на ней оказывается равным нулю. Дале на интервале tg-t аналогичным замы- канием ключей с учетом сигналов на выходах , Zg, Z,, Z,, , датчиков на обмотке 16 формируется напряжение отрицательной полярности, по числу ступенек и по величине на- пряжения повторяющее положительную полуволну и т.д. Для получения промежуточных значений выходного напря2 2

жения в третьей зоне ( oUA) также используют метод ШИР, при котором длительность подключения обмоток двигателя к фазным проводам питающей сети фаз А,В,С регулируется так, что в течение каждого из интервалов t,,-t2i... часть интервала обмотки оказывается подключенной к одному из указанных линейных напряжений U (управление ключами 1-15 осуществляют с помощью третьей группы последо- вательностей импульсов - временные диаграммы фиг. 4), остальную часть интервала обмотка оказывается подключенной к одному из указанных фаз1341708

10

ных напряжений U (управление ключами осуществляют с помощью второй группы последовательностей импульсов - временные диаграммы фиг. 2). В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют 4иг. 6, где временные .диаграммы (2-3)Xj-(2-3)Xt означают, что каждая из последовательностей импульсов получена на второй и третьей группах последовательностей. Выходное напряжение в этой зоне показано эпюрой и. на фиг. 6. Здесь часть 63 интервала соответствует подключению к обмотке 16 напряжения, равного -U; от

линейного напряжения между фазами В и С питающей сети, минимальное мгновенное значение которого фиксиру ется выходом Z- датчика минимальног мгновенного значения линейного напряжения (диаграмма управления ключами по третьей группе последовательностей - фиг. 4), в течение части 64 этого интервала обмотка 16 подключаIT,

ется к напряжению, равному -Uq от J /

фазного напряжения фазы В питающей сети (диаграмма управления ключами по второй группе последовательностей - фиг, 2). В дальнейшем аналогично: во время пауз, когда к обмоткам прикладываются фазные напряжения, ключи 1-15 управляются по диаграммам второй группы последовательностей импульсов (фиг. 2), во время импульсов, когда к обмоткам прикладываются линейные напряжения, ключи 1-15 управляются по диаграммам третьей группы последовательностей импульсов (фиг. 4 и 5).

Схема блока управления преобразователем, реализующего способ управления, , приведена на фиг. 9. Она работает следующим образом.

Задающий генератор 19 формирует последовательность коротких импульсов с частотой в 12 раз превышающей частоту управления SI (временная диаграмма 19 на фиг. 1). Распредели- Tefib 20 импульсов выдает на выходах шесть последовательностей прямоугольных импульсов длительностью 150 эл. град,, сдвинутых между собой на 60 зл. град.,.которые поступают на входы первого 40, третьего 42 и четвертого 44 логических блоков. На выходах IX , IXg, 1Х и IX 5, , блока 40 формируются

импульсы первой группы последователностей по диаграммам, изображенным на фиг. 1. Первый логический блок 40, выполняющий такое формирование, включает шесть логических ячеек 2И, одну логическую ячейку 6 ИЛИ и одну логическую ячейку НЕ, Функционирование блока 40 представлено на схеме, изображенной на фиг. Ю. На выходах

, 4Х,„. 4Х„. 4Х. 4Х.,. 4Х 4Х . 4Х,

15 тр тз 3

L, t- блока 43 формируются импульсы четвертой группы последовательностей по диаграммам, изображенным на фиг. 7. Четвертый логический

блок 43, выполняющий такое формирова- f5 зомкнуты). На выходах логических

ние, включает шесть логических ячё20

схем для ключей 4,5,9,10-514 и 5 за счет открытой логической ячейки 2И от единичного уровня с выхода 46 первого компаратора 21 (фиг„ 9) появляются сигналы первой группы последовательностей (фиг. I), В резуль тате на обмотках 16-18 двигателя напряжения сказывается равным нулю. Второй логический блок 41, служащий

ек НЕ, шесть логических ячеек 2И и три логических ячейки 2ИЛИ. Функционирование блока 43- представлено на схеме, изображенной на фиг, 10. Выходные сигналы блоков 40 и 43 посту пают на входы пятого логического блока 44. Задающий генератор 19 формирует импульсы низкой частоты и управляется по частоте с регулируемого вы- 25 для коммутации сигналов от датчиков хода 37 источника 36 постоянного на- 24-35 мгновенного значения напряже- пряжения. При нулевом значении напря- ний, изображен на фиг, 11. Он состо- жения на выходе 37 источника 36 по- ит- из двенадцати логических ячеек стоянного напряжения 36 частота зада- 2И, двенадцати логических ячеек 2ИЛИ ющего генератора 19 минимальна. Гене- 30 и двух -логических ячеек ЗИ, При по- ратор 38 пилообразного напряжения вы- даче нулевого уровня напряжения с сокой частоты формирует на своем выходе 39 линейно спадающее напряжение, которое, суммируясь с нулевым напряжением на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения, поступает на вторые входы компараторов 21 и 22. Амплитуда пилообразного напряжения

выхода 47 и единичного уровня с выхо- ,да 48 второго компаратора 22 прохождение сигналов с выходов Z , Zg, Z,

35

Z-g, Z, Z датчиков 30-35 мгновенного значения линейных напряжений запрещается , а сигналов Z, Z , Z , Z, Zg, Zg датчиков 24-39 мгновенного значения фазных напряжений 24- 29 разрешается и они попадают на выходы 51-58 второго логического блока 4 и далее на входы третьего логичес кого блока 42. Блок 42 состоит из 27 логических ячеек 2И, 12 логических

равна опорному напряжению U ,, подаваемому на первый вход первого компаратора 21 (диаграмма. Ujg на фиг. 14) , На прямом выходе 45 компаратора 21 действует нулевой уровень напряжения, на обратном выходе 46 единичный уровень (интервал на 5 ячеек 2ИЖ и 6 логических ячеек НЕ и

фиг, 14). Уровни опорных напряжений Uona и и„„з больше U и поэтому на прямых выходах 47 и 49 компараторов 22 и 23 также действуют нулевые, а

предназначен для формирования импульсов второй и третьей групп последовательностей. В результате воздействия сигналов с выходов 51-58 и сигналов

на обратных выходах 48 и 50 - единич- 50 i е - блока 42 появляются ные уровни напряжения. Эти напряже- импульсы, соответствуюш €е логическим ния подаются на входы второго и пятого логических блоков 41 и 44, Пятый

выражениям второй группы последовательностей. В результате действия на входе 45 блока 44 нулевого уровня рующий импульсы управления, подавае- 55 напряжения прохождения сигналов мые на управляюш 1е зажимы ключей 1- блока 42 запрещается и на

логический блок 44 (фиг. 13), форми15, состоит из 15 отдельных логических схем по числу ключей скуловой

части. Логические схемы для ключей 1-3, 6-8, 11-13 состоят из двух логических ячеек ЗИ и одной логической ячейки 2ИЛИс Логические схемы для

ключей 4,5,9,10,14 и 15 состоят из двух логических ячеек ЗИ, одной логической ячейки 2И и одной логической ячейки ЗИЛИ, При подаче нулевого уровня напряжения с выхода 45 первого компаратора 21 на выходах логических схем блока 44, подкяючаемь:х на управляю дие з.ажимы ключей 1-3, 6-8, 11-13, также нулевые уровни и соответствуюпще ключи заперты (ра

схем для ключей 4,5,9,10-514 и 5 за счет открытой логической ячейки 2И от единичного уровня с выхода 46 первого компаратора 21 (фиг„ 9) появляются сигналы первой группы последовательностей (фиг. I), В результате на обмотках 16-18 двигателя напряжения сказывается равным нулю. Второй логический блок 41, служащий

для коммутации сигналов от датчиков 24-35 мгновенного значения напряже- ний, изображен на фиг, 11. Он состо- ит- из двенадцати логических ячеек 2И, двенадцати логических ячеек 2ИЛИ и двух -логических ячеек ЗИ, При по- даче нулевого уровня напряжения с

для коммутации сигналов от датчиков 24-35 мгновенного значения напряже- ний, изображен на фиг, 11. Он состо- ит- из двенадцати логических ячеек 2И, двенадцати логических ячеек 2ИЛИ и двух -логических ячеек ЗИ, При по- даче нулевого уровня напряжения с

выхода 47 и единичного уровня с выхо- да 48 второго компаратора 22 прохождение сигналов с выходов Z , Zg, Z,

Z-g, Z, Z датчиков 30-35 мгновенного значения линейных напряжений запрещается , а сигналов Z, Z , Z , Z, Zg, Zg датчиков 24-39 мгновенного значения фазных напряжений 24- 29 разрешается и они попадают на выходы 51-58 второго логического блока, 4 и далее на входы третьего логичес кого блока 42. Блок 42 состоит из 27 логических ячеек 2И, 12 логических

предназначен для формирования импульсов второй и третьей групп последовательностей. В результате воздействия сигналов с выходов 51-58 и сигналов

выходах 1-15 блока 42 оказываются сигналы первой группы последователь1313А

ностей. При повышении напряжения на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения в пределах О-и,, результирующее напряжение на выходе 39 генератора 38 пилообразного напряжения повышается. На фиг. 14 диаграмма U,g на интервале , показывает напряжение, которое превышает опорное

напряжение U,, подаваемое на первый вход первого компаратора 21, Компаратор 21 срабатывает и на его выходе 45 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном 46 - нулевого уровня напряжения (диаграммы иg, на фиг. 14). Тогда в течение импульсов единичного уровня от- гшраются логические ячейки ЗИ блока 44 (фиг, 13), на которые подключен инверсный выход 50 третьего компаратора 23, так как на этом выходе на интервале действует единичный уровень напряжения (фиг. 9,13 и 14), В результате во время единичных импульсов на входах 45 этих ячеек по входам проходят на выход для управления ключами 1-15 импульсы четвертой группы последовательностей (фиг. 7), во время нулевых уровней на входах 45 прохождение этих импульсов запрещается и, так как на вход ах 46 логических ячеек 2И блока 44в это время действуют единичные уровни напряжения, то на ключи 1-15 поступают импульсы первой группы последовательностей , Таким обазом, на интервале

t,-t

на управение ключами 1-15 подаются импульсы о диаграммам (1-4)Х.,-( 1-4)Х и на обмотке 16 двигателя формируется напряжение (фиг. 8). При этом реализуется циклический способ управления при непосредственном преобразовании частоты.

При достижении Напряжения на выходе 37 первого источника 36 постоянного напряжения величины, равной

,а При достижении напряжением на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения величины

Uon3(Uoni

тор

УОПВ

и третий компара49

опрокидывается, на его выходе единичный, а на выходе 50 нулевой уровень (интервал t,t,j на фиг. 14), поэтому в течение импульсов единичного уровня на прямом выходе 45 первого компаратора 21 отпираются те логические ячейки ЗИ блока 52 (фиг. 13) на которые подключен прямой выход 49

15 НИ Я

7081

третьего компаратора 23. В результате во время единичных импульсов на входах 45 этих ячеек по входам 2Х,- проходят на выход для управле- ключами 1-15 импульсы второй группы последовательностей (фиг. 2). Во время нулевых уровней на входах 45 прохождение этих импульсов запрещается и так как на входах 46 логических ячеек 2И блока 44 в это время действуют единичные уровни напряжения, то на выходы 1-15 поступают импульсы первой группы последова

0

0

5

тельнос.тей .

Так как на выходе 47 второго компаратора 22 по-прежнему в течение интервала времени (фиг. 14) сохраняется нулевой, а на выходе 48 - единичный потенциал, то на выходы 51-57 второго логического блока 41 и далее на входы третьего логического блока 42 проходят сигналы Z, Zg,

ZA.

Ч.

ZE

J.,. .д, g, р от датчиков 25-30 5 мгновенного значения фазных напряжений. В результате на выходах третьего логического блока появляются импульсы ,- второй группы последовательностей (фиг, 2). Поэтому на интервале t -t на входы логических ячеек ЗИ

блока 44 второй групЧ- з

подаются только импульсы пы последовательностей.

Таким образом, на интервале на управление ключами.1-15 подаются импульсы по диаграммам (1-2)Х.,-(1- 2)Х , и на обмотке 16 двигателя формируется напряжение (фиг. 3). При этом реализуется инверторный способ управления. При достижении суммарным напряжением на выходе 39 генератораi .38 пилообразного напряжения величины с,пч (момент t на фиг. 14) длительность 61 импульса (фиг, 3) становится максимальной, а -длительность

5

0

5

62 паузы - равной нулю (интервал t -t на фиг. 14), Кривая напряжения на обмотке 16 двигателя приобретает вид, изображенный на фиг. 2, Это верхний предел второй зоны. При этом на выходе 45 первого компаратора 21 устанавливается единичный, а на выходе 46 - нулевой потенциалы. Тогда оказываются запертыми логичес- ские ячейки 2И логических схем для ключей 4,5,9,10,14,15 блока 44 (фиг. 13), -и импульсы первой группы последовательностей 1Х/-1Х,5 на управление ключами поступать не будут.

Запертыми окажутся также логические ячейки ЗИ, на вход которых подключен выход 50 третьего компаратора 23, так как на этом выходе продолжает действовать нулевой потенциал. Поэтому импульсы четвертой группы последовательностей 4Х также не будут поступать на управление ключами. Открытыми единичным потенциалом с выхода 49 третьего компаратора 23 останутся только те логические ячейки ЗИ блока: 44,-на вход которых подаются импульсы второй и третьей ЗХ -ЗХ групп последовательностей.

При превышении суммарным напряжением на выходе 39 генератора 38 уровня Ugn,j. начинает срабатывать второй компаратор 22 и на его прямом выходе 47 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном 48 - нулевого уровня напряжения (диаграммы U,y,, интервах t -tg на фиг. 14). Тогда в течение импульсов единичного уровня на выходе 47 второго компаратора 22 разрешается прохождение сигналов с выходов Z.g, Z ,

СА 5с ГА датчиков 30-35 мгновенного значения линейных напряжений на выходы 51-58 второго логического блока 41 и далее на входы третьего логического блока 42, Прохождение сигналов Ед, Zg, Z, Z, Zr, Z- с выходов датчиков 24-28 мгновенного значения фазных напряжений запрещается нулевым уровнем.на выходе 48 второго компаратора 22. При изменении уровней напряжения на выходах компаратора 22 на обратные разрешается прохождение сигналов с выходов датчиков 24-29- и запрещается прохождение сигналов с выходов датчиков 30-35. В результате на выходах третьего логического блока 42 появляются поочередно то импульсы 2X.jg второй, то импульсы. 3X.:|-3X g третьей групп последовательностей, Т. е. на интервале на управление ключами 1-15 подаются импульсы по диаграммам (2-3)(2-3)Х , и на обмотке 16 двигателя формируется напряжение (фиг. 6). При этом также реализуется инверторный способ управления .

При достижении суммарным напряжением на выходе 39 генератора 38 величины Зи, (момент tg на фиг. 14) длительность 63 импульса (фиг. 6) становится максимальной, а длитель

ность 64 паузы - равной ну.пю интервал tj-tg на фиг. 14). Кривая напряжения на обмотке 16 двигателя приобретает вид, изображенный на фиг. 5. Это верхний предел третьей зоны. Таким образом, в результате главного повышения напряжения на выходе 37 источника 36 постоянного напряжения выходное напряжение на обмотке 16 двигателя также возрастает

от нуля до -г l3Ug. При этом форма его

последовательно приобретает вид, изображенный на фиг. 1, фиг. 8, фиг. 7,

15 фиг. 3, фиг. 2, фиг. 6, фиг, 5, сохраняя близкой к синусоидальной форму и отсутствие ступенек, вызывающих шаговый режим. Кроме того в результате принятой границы смены алгорит20 мов управления сохраняется во всем диапазоне регулирования равномерный и минимальный нагрев обмоток двигателя при частотном управлении.

При главном снижении управляющего

25 напряжения на выходе 37 процессы по схеме повторяются в обратном порядке.

Использование изобретения позволяет повысить качество кривой тока

30 в обмотке частотно-управляемого асинхронного двигателя во всем диапазоне регулирования. Кроме того, во всем регулировании поддерживается равномерный ход двигателя, в особеннос35 ти на низких частотах.

Формула изобретения

1. Способ формирования квазиси40 нусоидального тока в трехфазной нагрузке путем попеременного с регулируемой частотой и широтно-регулируе- мого по длительности подключения фаз нагрузки с помощью полностью управ-

45 ляемых ключей с двусторонней проводимостью между линейными проводами трехфазной питающей сети, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава

50 тока нагрузки, вводят с помощью дополнительных ключей подключения фаз нагрузки между линейными и нулевым проводами питающей сети и дополнительные короткие замыкания этих фаз,

55 контролируют с помощью датчиков максимальные и минимальные мгновенные значения фазных и линейных напряжений питающей сети и формируют для управления ключами три группы

17134

последовательностей прямоугольных импульсов, каждую из которых составляют из пятнадцати по числу требуемых полностью управляемых ключей отдельных последовательрсостей, так, что в первой группе импульсы управления ключами соответствуют следующим логическим выражениям:

1Х, 1Х,1Х,1Х 1Х,,0;

+У.

1Х, ,,У, , У,+

У,-ь

1708, 18

сов на выходах датчиков максимальных (гд, Zg, Z) и минимальных (Z-, Zg , Zg)

смгновенных значений

фазных напряжений для фаз А,В,С питающей сети; в третьей группе импульсы управления

10 ключами соответствуют следующим логическим выражениям:

ч - 5 - 5 б - 6 ч 1Хб 10,,.

где

последовательности управляющих импульсов первой группы для пятнадцати управляемых ключей;

последовательности прямоугольных импульсов длительностью 150 эл, град, следующих с частотой управления Я J сдвинутые между собой на 120 эл, град.;

последовательности прямоугольных импульсов, аналогичных У - У„ , но сдвинутые по отношению к ним на 180 эл, град;

во второй группе импульсы управления ключами соответствуют следующим логическим выражениям:

15

3X, (Z,,+Ze,)-Y,(.y ;

ЗХ2 () Yi-(Z.)-Y, ; 3Xj(Z,,.Y4(Z-,+Z).Y,; зх,р; , Y, ;

X,

4 Б

30

5 5

3X, (Z,+Z,-)-Y, + (,)-Y5;

3X, (Z,,+Z-).Y, + (Z-,+Z,,)-Y,

3X (Z,,-bZ,-,).(Z-,4-Z,) 20

3X,Y, . Y, ;

3X,r(Z,,+Z,-).Y3 + (Z e+ZeJ-Y,;

3X,, (Z6c+Z,-J.Y3-b(Z,-,+Z,,).Y,; 25 3X,, (Z,,+Z-J-Y + (Z-,+Z)-YЗХ„ 0;ЗХ, Y,. где ,5

A8 BC CA

35

последовательности управляющих р1мпуль- сов третьей группы для пятнадцати управляющих ключей; последовательности прямоугольных импульсов на выхода}с датчиков максимальных

YI ,

YI +Z-,

Ч

Y,+Z-

Z,+ZJ-Y +(Z-+Zs+Z,) Y

1

Y,-Zд

Y,-Zg

5

Z,+Z,)Y5-н(Zд+Z-,+Zg)

Y :

Y

YS+ZA YB+Z,

YJ+ZOJ.g ,

Z,+Z,)-Y +(Z-+Z-+Z-) Y,

±6

Y ,

15

e, - c Z. . 1.

последовательности управляющих импульсов второй группы для пятнадцати управляющих ключей;

последовательности прямоугольных импуль5

3X, (Z,,+Ze,)-Y,(.y ;

ЗХ2 () Yi-(Z.)-Y, ; 3Xj(Z,,.Y4(Z-,+Z).Y,; зх,р; , Y, ;

0

5 5

3X, (Z,+Z,-)-Y, + (,)-Y5;

3X, (Z,,+Z-).Y, + (Z-,+Z,,)-Y,

3X (Z,,-bZ,-,).(Z-,4-Z,) 0

3X,Y, . Y, ;

3X,r(Z,,+Z,-).Y3 + (Z e+ZeJ-Y,;

3X,, (Z6c+Z,-J.Y3-b(Z,-,+Z,,).Y,; 5 3X,, (Z,,+Z-J-Y + (Z-,+Z)-YЗХ„ 0;ЗХ, Y,. где ,5

A8 BC CA

5

последовательности управляющих р1мпуль- сов третьей группы для пятнадцати управляющих ключей; последовательности прямоугольных импульсов на выхода}с датчиков максимальных

s вс

Zp) и минимальных (Z-, Z-, ) мгновенных значений линейных напряжений между фазами А-В, В-С, С-А питающей сети;

затем при .регулировании напряжения на Нагрузке, при повыщении напряже2ния на нагрузке до -U, где 11, фазное напряжение питающей сети, поочередно с более высокой частотой,

чем частота управления Q , подают на управляющие зажимы полностью управ- ля емых ключей импульсы первой и второй групп последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов второй и -уменьшая длительность действия импульсов первой групп последовательностей, при дальнейщем

повышений напряжения от 2

3

до

19- /3 и поочередно подают на управляющие зажимы полностью управляемых ключей импульсы второй и третьей групп последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов третьей и уменьшая длительность действия импульсов второй групп последовательностей.

2. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью умень шения искажений тока нагрузки при регулировании на низких частотах, формируют для управления указанными ключами четвертую группу последовательностей прямоугольных импульсов в соответствии со следующими логически ми выражениями:

,Y, ,- Y ;

4X,4X,4X,,Y,

Y.Y,

X, .

,4X,,Y, Y,+Y, Y3 ; 4X,4X,,

где 4X - последовательности

управляющих импульсов четвертой группы для

4170820

пятнадцати управляемых

ключей;

и при регулировании напряжения при повышении его от нуля поочередно подают на управляющие зажимы упомяну-, тых ключей импульсы первой и четвертой групп последовательностей, увеличивая длительность действия импуль- сов четвертой и уменьшая длительность действия импульсов первой групп последовательностей.

3. СпЬсоб попп. 1и2, отли- чающийся тем, что, с целью улучшения.гармонического состава кривой тока во всем диапазоне регулирования, переход от режима поочередной подачи на управляющие зажимы ключей импульсов первой и четвертой к режиму поочередной подачи импульсов первой и второй групп последовательностей и обратно осуществляют

10

15

20

на частоте о) соотношения

вых

определяемой из

250),,,, 0,06-сО.

где о) - частота питающей сети.

Изобретение относится к преобразовательной технике им. б. использовано для питания частотно-управлят емых электроприводов переменного тока. Цель изобретения - улучшение гармонического состава фазного тока нагрузки при регулировании его величины. Формирование напряжения U и тока на фазной обмотке осуществляется путем подключения с помощью ключей обмоток двигателя между линейными и нулевым проводами трехфазной питающей сети и дополнительных коротких замыканий этих обмоток. Контролируют с помощью датчиков максимальные и минимальные мгновенные значения фазных и нелинейных напряжений питающей сети и формируют для управления ключами четыре группы последовательностей прямоугольных им- пульсов, каждую из которых составляют из пятнадцати по числу требуемых полностью управляемых ключей отдельных последовательностей. При регулировании электродвигателя поочередно подают на управляющие зажимы полностью управляемых ключей импульсы указанных последовательностей, увеличивая длительность действия импульсов последующей и уменьшая длитель-. ности действия импульсов предыдущей последовательности. 2 з.п. ф-лы, 14 ил. i О) 00 4 О оо

««/

т-к

28 2с ZJ Zff

2 2Х,

гхз гл«

ZXs 2X7 2Xs

Щ г%

гк„

2Xf2

гх,з

2Л,

гх,5

3

I-1

,

-f

--/

-f -t

-f

-f t -f -r

rf

f

wt t, if t, t

f

швж

ТШППШШ.

jinnmiu

ЛШШП11

jzni

ff

JQOQOfflgU.

jinnmnRJL

JUIL

лпшшж

л

iDmDJUL

I-nnniL

JJUL

t t t t t t t t t t t

t t t t

2J3U,

U:

IS

COd/8.5

(f-3)

(2-3) X, (f-iiXt

(зMJ (wMt

(

(fllXs

Фие.е

AB

41,

4Xt

Mj

w

W5

w, w,

% /,

«« «

«b

ro л «e

Чя

UinflMIL.

MDL ЛППП. Jinim. JiniL .ШЖ JiniUl Jinn. JfiniL

IMIUUliL

лшшшш.

ЛШДШИ

ЛШ1

.KUUIflL

ЛЛШШй.

лшишж

ж. jum. лж

ллашш

ллшшм.

лшшж

ЛИШИ,

JiflTL ЛППП .плм JIM, шит лллп лпп- жш.

.JlIiniL JMi, .млн JM1 ЛПИ ЛПЛЛ ЛПЛШ JL

лшмм.

лллмм..

лшши

лишш

ШШ. -ПППЛ1 ,ШШ11 ППП jnrUL MlL JiniL ЛШП

ЖЕ ML ЖИ jaDlL-..JL

ЛШДШИ

ЛШ1

ЛЛШШй.

лшишж

ж. jum. лж

лшшж

ЛИШИ,

лллмм..

лшши

лишш

ЖЕ ML ЖИ jaDlL-..JL

гпгтттттттттттт

/ 2 Ъ 5 6 7 8 5 70 rf 12 ГЭ ГА fS

1Xt,,Xg,fXft

Qiiz:

EH

-i логический блок

М

fXr. tKa, f

Фи«.т

ff-й flOSUVKKUtf SjtOff

52 J« SB 51 S3 55

2-й логический SffOitf t) «toi.W

WYj

,3,

3-й логический

(Puz.12

М

«5

логический 5лок(11(} Фиъ.П

с

X

tzt3

Ф(/в./4

3Uonf

пииишил

тппппппп

щ

X

«

ts