Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M5/22 

Изобретение относится к электротехнике., а именно к системам раздельного управления непосредственными преобразователями частоты с прямоугольным законом модуляции выходного напряжения и естественной коммутацией вентилей. .

Целью изобретения является увеличение коэффициента мощности и улучшение формы выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена схема управления преобразователем; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая способ управления преобразователем; на фиг. 3 - интервал коммутации тиристоров ТРОЙКИ и дополнительного тиристора; на фиг. 4 - схема непосредственного преобразователя частоты.

Устройство управления преобразова- 20 ответствует наличию или отсутствию телем (фиг. 1) содержит блок 1 синх- токов в тройках тиристоров фаз. ронизации, выходы которого соединены Путем логического перемножения с установочными входами счетчиков 2 и 3, генератор 4 тактовых импульсигнала раздельного управления каждой тройки и сигнала об отсутствии

сов, выход которого соединен со счет- 25 тока в соответствующей фазе нагрузки

ными входами счетчиков и делителя 5 частоты, выходом соединенного с входом распределителя б импульсов, блок 7 логики, содержащий три идентичных канала 8-10 для управлейия тиристорами трех фаз преобразователя, каждый из которых включает в себя четыре элемента И 11-14 и первый 15 и второй 16 триггеры, три датчика 17- 10 проводимости каждой фазы, элементы НЕ 20-25.

Трехфазный непосредственный преобразователь частоты (фиг. 4) содержит шесть троек тиристоров 26-31, по две встречно-параллельные тройки в каждой фазе, общие точки которых соединены между собой и являются выходами фаз преобразователя, дополнительные тиристоры 31-36, которыми снабжена

каждая тройка, соединенные в трехфаз- g катодными тройками общим сигналом.

ную мостовую схему, обратные диоды 37-42, которыми шунтирован каждьй дополнительньш тиристор,- датчики 43- 45 проводимости фаз, включенные в

формируя входные сигналы в виде уро ня напряжений или кодов эквивалентных чисел d- (фиг. 1) и подавая их на входы счетчиков анодной и катодкаждую выходную фазу преобразователя gg ной групп тиристоров. Счетчики сдвиСущность способа заключается в гают импульсы с блока синхронизации следующем.,(), формируемые в точках естеФормируются входные сигналы в ви- ственной коммутации на углы, соответ- де уровня напряжений или кодов экви- ствующие входным ; сигналам управле- валентных чисел (фиг.О и этими д ния ci.. Выходные импульсы первого

счетчика для управления тиристорами /анодных троек обозначены через Уд ,, а через выходные импульсы второго счетчика для управления тирис1

сигналами устанавливается частота импульсной последовательности на выходе делителя 5 частоты, подаваемой на вход распределителя 6. В результате на выходе распределителя формируются сигналы раздельного управления в виде шести импульсных последовательностей Р ,P5,Pj,P-,P,Pg (фиг.1, 2), сдвинутых друг относительно друга на угол /Г/3 по выходной частоте, с длительностью каждого импульса, равной Ti . Длительности этих импульсов

определяют зоны проводимости троек тиристоров фаз на полупериодах выходного напряжения и на интервалах этих импульсов формируются выходные напряжения преобразователя. По сигналам

датчиков проводимостей фаз формируют шесть импульсных последовательнос а « ъ Ч с С свидетельствующих о знаках токов в фазах нагрузки, что в выпрямительных режимах соответствует наличию или отсутствию токов в тройках тиристоров фаз. Путем логического перемножения

сигнала раздельного управления каждой тройки и сигнала об отсутствии

со знаком проводимости, соответствующим знаку проводимости встречно- параллельной тройки, определяют интервалы проводимости основных тирис- 0 торов каждой тройки в вьшрямительном режиме К,Кд,К,К,К,К (фиг-. 2): K, Kj,Pb.Tb; К,Р,Ь;

.; Путем.логического перемножения

g сигнала раздельного управления каждой тройки и сигнала о наличии тока в соответствующей фазе нагрузки со знаком проводимости, соответствующим знаку проводимости дополнительных

0 тиристоров К,К 5,К,К,К,К - (фиг. 2): К(, К5 Ра 1в-; Кс Р-с 1с

Ks P5-lfl Линейное

K.Pg

1

в V согласование осуществляется за счет управления анодными и

формируя входные сигналы в виде уровня напряжений или кодов эквивалентных чисел d- (фиг. 1) и подавая их на входы счетчиков анодной и катод31356148

торами катодных троек. Таким образом, до предлагаемому способу формирование импульсов управления вентильными тройками (например, фазы а) осуществляется в соответствии со следующими логическими уравнениями:

j н

C,P« l5-V

С,Ра Т„-и,.

Управление тиристорами дополнительного моста, формирующего контур реактивного тока, например фазы а (фиг. 4), осуществляется в соответствии со следующими уравнениями:

С,, Рс -1й-и

10 Б точке II фop мpyeтcя импульс синхронизации U, который разрешает формирование управляющих импульсов на дополнительные тиристоры. Начиная с этого момента, наибольшее положиCii P5-lc.-U5. По прототипу формировались сигна- 15 тельное напряжение приложено к фазе

лы управления только вентильными тройками в соответствии со следующими уравнениями:

V

,

а, поэтому управляющим импульсом ... тройки 29 открывается дополнительный тиристор 35,

Разряд реактивной энергии осуще- 20 ствляется по контуру, образованному включением дополнительного вентиля 35 и двум фазам а,с нагрузки. -Реактивная энергия коммутировавшей фазы регенерируется в этом контуре в ак- 25 тивную энергию другой фазы. В корот- козамкнутом контуре, образованном дополнительным вентилем 35, нарастает встречный ток под действием напряжения третьей фазы преобразова- 30 теля, что ускоряет опадание тока в контуре.

На фиг. 2 приведены огибающие напряжения на выходах фаз преобразователя UyjUgjU;- и линейное напряжение

тГтроёГтол ькГв вьшрямйтёльных ре- 35 фазами а и Ъ. Нулевая пау- жимах. Это осуществляется включением возникающая при включении допол- дополнительных тиристоров, которые нительных тиристоров., обусловлена

Продолжительность-, (длительность) импульсов управления основными тиристорами каждой тройки определяется длительностью импульсов на выходах счетчиков, а длительность импульсов управления дополнительными тиристорами каждой тройки фаз преобразователя пропорциональна времени считывания кода с. ,

Управление тройками тиристоров преобразователя (фиг.4) по предлагаемому способу позволяет исключить ин- верторные режимы и обеспечивает рабовременем срабатывния датчиков и самих тиристоров.

присоединяют коммутирующую фазу нагрузки к другой фазе, у которой знак проводимости не совпадает со знаками проводимости двух других фаз.

В результате на интервалах /;/3 каждой пары троек тиристоров различных фаз формируется нулевой уровень напряжения за счет равенства мгновен ных значений напряжений на выходе троек, формирующих на данном интервале выходное линейное напряжение преобразователя , что исключает дополнительные искажения линейных напряжений за счет неравенства мгновенных значений напряжений на выходе этих троек, когда одна из них работает в выпрямительном, а другая в инвер- торном режимах.

Включение дополнительного тиристора осуществляется следующим образом.

Пусть работают три преобразователя 27,29,30 (фиг, 4). По сигналу распределителя (точка I) прекратим подачу основных управляющих импульсов на тройку 27, в работе остаются тройки тиристоров 29 и 30.

На участке I-II (фиг. З) продолжает работать последний тиристор тройки 27.

Б точке II фop мpyeтcя импульс синхронизации U, который разрешает формирование управляющих импульсов на дополнительные тиристоры. Начиная с этого момента, наибольшее положительное напряжение приложено к фазе

35 фазами а и Ъ. Нулевая пау- возникающая при включении допол- нительных тиристоров., обусловлена

временем срабатывния датчиков и са, мих тиристоров.

40 В результате предлагаемого способа управления вентили фазных троек преобразователя работают только с выпрямит ел углами открытия, а замьжание дополнительных ключей не 45 приводит к возникновению сквозных

токов. Это приводит к увеличешсо коэффициента мoщIiocти преобразователя, улучшению формы огибающей выходного напряжения, а следовательно, к дости50 жению поставленной цели.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Блок 1 синхронизации из трехфазного напряжения сети формирует две противофазные импульсные последовательности в точках естественной коммутации вентилей U-,Ug (фиг.1, 2) которые поступают на установочные входы счет5. 1

чиков 2 и 3. При подаче каждого им-- пульса синхронизации в счетчики записываются код числа о/,. , соответствующего требуемому углу открытия вентилей. Тактовые импульсы с генератора 4 поступают на счетные входы счетчиков 2,3 и делителя 5 частоты, куда в моменты обнуления записывается код числа Ъ., соответствующий требуемой частоте. Счетчики считают тактовые импульсы генератора 4 от нуля до записанного кода и формируют на своих выходах сигналы: первый счетчик U - для управления углами открытия вентилей анодных троек, второй и - для управления углами открытия вентилей катодных троек. С выхода делителя 5 .частоты импульсы поступают йа вход распределителя 6, на выходе которого формируется шесть импульсных последо вательностей с длительностью каждого импульса 180 эл.град. и сдвинутых между собой на 60 эл.град, по выход- ной частоте преобразователя. Одновременно датчики 17-19 проводимости каждой фазы формируют на своих выходах сигналы о наличии токов, а через элементы НЕ 20-25 - об отсутствии токов в -каждой тройке вентилей. Сигналы с выходов распределителя, счетчи- . ков и датчиков проводимости фаз поступают в блок 7 логики, которьй содержит три идентичных канала 8-1 О для управления тиристорами трех фаз преобразователя. Каждый канал содер- жит два триггера и четыре элемента И

На выходах каждого из трех канало блока логики формируются четыре импульсных последовательности - две для управления основными тиристорами анодной и катодной тройки тиристоров данной фазы, две для управления дополнительными тиристорами данной фазы.

Для формирования импульсов управ- ления основными тиристорами анодной тройки вентилей фазы а йа входы логической ячейки И 11 подаются импульсы Р с выхода распределителя 6, с выхода счетчика 2 (U) и с выхода эле- мента НЕ 21 датчика проводимости фазы а. На выходе элемента И 11 формируются импульсы управления основными тиристорами этой фазы.

Для формирования импульсов управ- ления дополнительными тиристорами этой фазы на первьй вход триггера 16 подаются импульсы выхода первого

486

счетчика 2, которые запрещают прбх о ж дение импульсов управления дополнительными тиристорами во время формирования импульса управления основными тиристорами данной фазы.

На второй вход триггера 16 подаются импульсы с выхода элемента И 13. Эти импульсы формируются при совпадении на входах элемента И 13 сигнала Р с выхода распределителя 6, сигнала о наличии тока во встречно-параллельной тройке (I-) и импульсов синхронизации прямой последовательности.

Это устройство в цифровой форме реализует данный способ. В нем полностью исключены аналоговые операции что обеспечивает высокую точность устройства и стабильность его работы

Таким образом,управление тройками тиристоров преобразователя по предлагаемому способу позволяет исключит инверторные режимы и обеспечивает- работу троек только в выпрямительных режимах, что осуществляится -включением дополнительных тиристоров, которые присоединяют коммутирующую фазу нагрузки к другой фазе, у которой знак проводимости не .совпадает со знаками проводимости двух других фаз В результате на интервалах каждой пары троек тиристоров различных фаз формируется нулевой уровень напряжения за счет равенства мгновенных значений напряжений на выходе троек, формирующих выходное линейное напряжение преобразователя, что исключает дополнительные искажения линейных напряжений за счет неравенства мгновенных значений напряжений на выходе этих троек, когда одна из них работает в вьтрямительном, а другая - в ин верторном режиме. Все это обеспечивает улучшение формы огибающей выходного напряжения. Кроме того, управление по предлагаемому способу обеспечивает возможность регенерирования реактивной энергии коммутировавшей фазы в активную энергию другой фазы, что увеличивает коэффициент мощности преобразователя.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты, включающим в каждой фазе две встречно-параллельные вентильные тройки, общие точки которых соединены между собой и являются выходами фаз преобразователя, сетевые зажимы веитилей подключены к соответствующим фазам сети, дополнительные тиристоры, по числу вентильных троек соединены в трехфазную мостовую схему и каждый тиристор шунтирован обратным диодом, причем каждая из диагоналей трехфазной мостовой схемы присоединена к одной из фаз преобра- зователя и к одной из фаз нагрузки, заключающийся в том, что формируют сигналы раздельного управления с длительностью 180 эл. град, по выходной частоте, формируют сигналы об от сутствии тока в вентильных тройках анодных и. катодных групп, формируют сигналы управления тройками вентилей с линейным согласованием, включают каждую тройку вентилей в вьтрямитель ный режим при совпадении во времени соответствующего сигнала раздельного управления и сигнала об отсутствии тока во встречно-параллельной вентильной тройке, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения

эффициент МО1ЦНОСТИ и улучшения формы выходного напряжения, измеряют мгновенные значения токов фаз нагрузки, на полупериодах этих токов формируют сигналы о наличии и сигналы об отсутствии токов фаз каждого знака проводимости, причем сигналы об отсутствии токов фаз каждого знака проводимости являются вьшеуказанными сигна- лами об отсутствии токов в соответствующих вентидьньгх тройках, при совпадении сигнала раздельного управления каждой вентильной тройки с сигналом о наличии тока в соответствующей фазе нагрузки со знаком проводимости, соответствующим знаку проводимости вртречно-параллельной тройки запрещают подачу управляющих импульсов на тиристоры выходящей из работы тройки и включают тот дополнительный тиристор, который присоединен одним из электродов к фазе нагрузки, опережающей коммутирующую фазу, а по проводимости соответствует знаку проводимости отключаемой вентильной тройки.

8

,ic

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления непосредственными преобразователями частоты с прямоугольным законом модуляции выходного напряжения и естественной коммутацией вентилей. Цель изобретения - повьшение коэффициента мощности и улучшение формы выходного напряжения. В способе измеряют мгновенные значения токов фаз нагрузки, на полупериодах этих токов формируют сигналы о наличии и отсутствии токов фаз каждого знака проводимости, причем сигналы об отсутствии токов фаз каждого знака проводимости являются сигналами об отсутст- 1вии токов в соответствующих вентильных тройках. При совпадении сигнала раздельного управления каждой тройки с сигналом о наличии тока в соответствующей фазе нагрузки со знаком проводимости, соответствующим знйку проводимости встречно-параллельной тройки, запрещают подачу управляющих импульсов на тиристоры выходящей из работы тройки и включают дополнительный тиристор, присоединяя через него коммутирующую фазу нагрузки к другой фазе нагрузки, у которой знак проводимости ( тока ) не совпадает со знаками проводимости двух других фаз, что позволяет исключить инверторные режимы. 4 ил. е О1 05

Ui

Uc Pa

Pa flf Pi flc

PC la la IS Id fc 15

Ha, Ha

He.

Me, He

Ua ив Uc

UaS.

t I I I f Г I t I III 1 I t

I I I I

I I I 1 r I I t I I t I I I i I I I r i I I i I

- Ol

/I Cf

AS

ff e

fia

fi8

, s

/re

/fc

c

Of(XXXX(

/ / / / / / / V V / V/ / Л /1 A Л Л A Л A Л

)tX)0(X)OOOt)OC)C

,

оо( х :хУх хУх х х- хУГА(}(р{7(х -

)(X30C()00(0(j2w3L 33:

I I I I

fia

fi8

, s

/fc

c

Л /1 A Л Л A Л A Л

)tX)0(X)OOOt)OC)C

. 1356148

«-f

вС

./ -V . 1

/ /

фи&.3

J/. Ff- 39,

31,

.0.

cpue.

Составитель 0. Парфенова Редактор Н. Слободяник Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Заказ 5807/51Тираж 659Подписное

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

-0

-uf

ЛО

3ff

-Kl