Способ формирования токов управления трехфазным инвертором тока электропривода с частично-токовым управлением Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроЛриводе с частотно-токовым управлением, при котором фазовые уг- лы токов в обмотках машин переменного тока формируются в соответствии с фазовыми углами ЭДС.

Целью изобретения является улучшение регулировочных характеристик трехфазного инвертора тока за счет увеличения зоны линейной зависимости выходных фазных токов от задаю1цих фазных токов, совпадающих по фазе с фазными ЭДС.

На фиг.1 показан трехфазный инвертор тока ( один из вариантов устройства), в котором реализуется способ; на фиг.2 - графики границ для пределного режима работы инвертора,

Устройство содержит мостовой трехфазный инвертор 1 напряжения с управляемыми ключами 1.1-1.6, которые питаются напряжением Ц. На входе устройства имеется формирователь 2 за- дающих трехфазных токов, три выхода которого соединены соответственно с тремя входами задания узлов 3-5 сравнения. В выходных цепях инвертора 1 установлены датчики 6-8 выход- ных фазных токов i i,, и 1„, выход каждого из которых подключен к входу обратной связи соответствующего узла 3, 4 или 5 сравнения. Цепи 1,1 и 1.2, 1.3 и 1.4, 1.5 и 1.6 управления ключей соединены соответственно с выходами узлов 3-5 сравнения.

Формирователь 9 прямоугольных трехфазных токов своими входами подключен к выходам формирователя 2, при этом три выхода формирователя 9 подключены к входу формирователя 10 однофазного тока. Выход формирователя 10 соединен с входами задания узлов 3-5 сравнения.

Инвертор тока (фиг.1) функционирует следуюпщм образом.

Формирователь 2 образует на своем трехфазном выходе систему задающих

трехфазных токов

Qn

( -%), (1)

де n-1-З

п I

порядковьй номер фазы инвертора тока; фазовые углы, принимающие значения О, 120 и

амплитуда задающего фазного тока, ток на входе

g

Q 5

0

5 0 5

0 5

0

5

формирователя 2, Коэффициент передачи по току формирователя 2 принят равным единице.

Формирователь 2 является коорди- натным преобразователем, широко используемым в электроприводах переменного тока. На его вход амплитуды поступает ток IQ, а на его входы опорных сигналов поступает система трехфазных опорных токов с единичной амплитудой

i оп -sin(51t - (f). (2)

В формирователе 2 осуществляется операция умножения тока 1 на фазные опорные токи i согласно (2), в результате чего на его выходах формируются задающие трехфазные токи в соответствии с (l). Система опорных токов 1р„ в соответствии с (2) формируется обычно в специальных устройствах электроприводов переменного тока. В рассматриваемом случае фазовые углы опорных токов ion совпадают с фазовыми углами фазных ЭДС машины переменного тока, питаемой от инвертора 1 токами i, i иг, На фиг.I фазные цепи машины переменного тока, а также формирователь опорных токов ipn не показаны.

Задаваемые трехфазные токи (1) поступают на входы задания узлов 3-5 сравнения, которые представляют собой регуляторы с характеристикой типа гистерезис. На входы обратной связи узлов сравнения поступают фазные токи i,, i . и ij, измеренные с помощью датчиков 6-8.

Задаваемые трехфазные токи (I) поступают также на входа формирователя 9, который состоит из трех усилителей с релейными регулировочными характеристиками, имеющими ограничения по уровню, значение которого

и

равно IQ, На выходах блока 9 формируется система трехфазных токов, прямоугольных по форме

ifih -Itisign sin(t -i/n).(3) Эта система токов поступает на входы формирователя 10, являющегося . по существу широко известным операционным усилителем. На выходе формирователя 10 формируется однофазный ток, первая гармоника которого описывается выражением

io - |lfl sin3ftt,

(4)

где кoэффш иeнт пропорциональности, равный одной девятой, обеспечивается выбором коэффициента передачи формирователя 10.

. Этот однофазный ток также, как и задающие трехфазные токи (| ), по- ступает на входы задания узлов 3-5 сравнения.

На выходах узлов сравнения формируются управляющие токи, которые обеспечивают поочередное включение ключей инвертора в парах ключей I.1 и 1.2, 1,3 и 1,4, 1,5 и 1.6, При этом инвертор 1 напряжения формирует на своих выходных шинах широтно-мо- дулированное напряжение, которое обеспечивает протекание токов i, ij и ij, основные гармоники которых соответствуют задающему трехфазному току даже в предельном режиме работы инвертора 1 напряжения, характеризуемом равенством амплитуд фазных ЭДС трехфазной нагрузки значению .

В известных трехфазных инверторах тока, в предельном режиме работы инвертора 1 напряжения зона линейной зависимости выходных фазных токов от задающих фазных токов отсутствует, так как в фазах машины переменного тока не обеспечиваются скорости изменения фазных токов, которые требуются в соответствии с задающими трехфазными токами.

Согласно изобретению в формировании управляющих токов ключей инвертора напряжения принимает участие однофазный ток путем сравнения его с результатами сравнения задаюпщх и выходных фазньпс токов в узлах 3-5 сравнения,

В зтом случае появляется зона линейной зависимости выходных фазных токов от задающих, что объясняется корректировкой с помощью однофазного тока требуемых от инвертора 1 напряжения скоростей изменения фазных токов. В результате такой корректировки требу емые скорости изменения фазных токов не превышают скоростей изменения фазных токов, обеспечиваемых инвертором 1 напряжения на период изменения фазных токов для предельного режима работы,

Дпя пояснения сказанного обратимся к уравнению электрического равновесия одной фазы, например, синхронной машины переменного тока, питаемой от инвертора 1 напряжения

т di dt -

и

и - фазное напряжение;

(5)

1 - фазный ток;

L - фазная индуктивность; е - фазная ЭДС,

Это уравнение для простоты пояснения написано с учетом пренебреже- -ния значением падения напряжения на активном сопротивлении фазы по сравнению со значением фазного напряжения, что допустимо, так как рассматривается предельный режим работы ин- вертора 1 напряжения. Кроме того, уравнение (5) написано относительно основных составляющих фазных токов и напряжений, т.е, в этих величинах не учитывается наличие пульсирующих составляющих, связанных с принципом работы инвертора.

Регулировочные характеристики трехфазных инверторов тока определяются для установившихся режимов ра- боты, в которых основные составляющие фазных величин изменяются по синусоидальным законам С учетом ЭТОГО имеем: i , sinP.t, . I

e 51п57„д

где SI

:,

A акс

- частота фазных токов,

маг-с

соответствующая предельному режиму работы инвертора, при котором максимальное значение амплитуды ЭДС Е,

равно значению Up/2,

В уравнении (6) для простоты пояснения коэффициент усиления по тоА ку инвертора тока принят равным еди- нице,

Из (5) с учетом (б), принимая во внимание то, что максимальное значение фазного напряжения, которое может обеспечить трехфазный инвертор напряжения (1) (фиг,1), равно

значению , получим для верхней и нижней границ возможных скоростей изменения выходного фазного тока с масштабным коэффициентом равным L, следующие выражения

d

MC.KCS WC.KC

Lv-T 16г n MCIKC - Mdi i. (

t()нr - м«кcs-л.c.кc

с

где ВГ и НГ - индексы, указывающие на принадлежность к верхней и нижней границам соответственно.

На фиг.2 построены графики. 1 1 и 12 этих границ в соответствии с (7) при Un/2, т.е. для предельного режима работы инвертора 1.

Выражение-для требуемой скорости изменения фазного тока получаем из (6)

(8)

. d Й 1 Lcosr,c t

На фиг,2 график 13 построен согласно 8) и видно, что он пересекает графики 11 и 12. Это означает, что инвертор 1 напряжения в предельном режиме работы не может обеспечить требуемых (задающих) скоростей изменения фазных токов.

На фиг.2 показан график 14 скорости изменения однофазного тока, формируемого на выходе блока 10.

Аналитическое выражение для графика 14, получаемое для предельного режима из выражения (4) с учетом масштабного коэффициента, численно равного значению L, имеет вид:

1€ 5 a M«Kcbcos3fl «,,

(9)

На фиг.2 график 15, полученный суммированием графиков 13 и 14, показывает скорректированные значения требуемой скорости изменения фазного тока.

График 15 не пересекает графиков П и 12, а это означает, что инвертор 1 напряжения вырабатывает требуемое напряжение с учетом скорректированных задающего фазного тока и скорости его изменения. При этом в фазах нагрузки инвертора 1 напряжения

протекают выходные токи частоты О

„ мчкс

с амплитудой,, пропорциональной амплитуде задающих токов.

Это означает, что появляется зона

линейной зависимости выходного фазно- 45 ков от задающих трехфазных токов,

го тока от задающего даже в предельном режиме работы инвертора 1 напряжения, т,е, обеспечивается улучшение регулировочной характеристики инвертора тока.

Формирование управляющих токов ключей инвертора 1 напряжения с помощью однофазного тока.утроенной частоты и заданной амплитуды приводит к тому, что в выходном токе появляются нечётные гармоники, В наиболее распространенном на практике случае, когда от трехфазного инвертора тока питается трехфазная нагрузка без нулевого привода, в выходных фазных токах наблюдаются гармоники, начиная с пятой, значения которых не превьшают 5% от значения основной гармоники, 4TQ практически не оказывает влияния на основные характерис- тики инвертора тока.

Способ реализуется в трехфазных инверторах тока, которые работают на трехфазную нагрузку, характеризующуюся падением напряжения на индук

тивности L, меньпшм 0,57 -В том случае, когда задаюпще трехфазные токи имеют фазовый сдвиг 1/2 по отношению к ЭДС нагрузки, управ20 ление ключами инвертора 1 напряжения производят , согласно изобретению, но амплитуду однофазного тока выбирают равной четырем десятым от амплитуды зaдaюI JJ x токов.

25

Ф. ормула изобретения

Способ формирования токов управления трехфазным инвертором тока

30 электропривода с частотно-токовым управлением, заключающийся в том, что формируют задающие трехфазные токи, совпадающие по фазе с трехфазной ЭДС нагрузки, измеряют выходные трех35 фазные токи, сравнивают задающие и выходные трехфазные токи пофазно и в соответствии с результатами сравнения формируют трехфазные токи управления ключами упомянутого инвер40 тора . тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения регулировочной характеристики инвертора тока за счет увеличения зоны линейной зависимости выходных трехфазных тоформируют однофазный ток, частота которого в три раза больше частоты задаюрщх трехфазных токов, фазовый угол равен фазовому углу одного из

задающих трехфазных токов, а амплитуда равна одной девятой от амплитуды задающих трехфазных токов, трехфазные токи управления ключами инвертора тока, формируют, путем суммирования упомянутого однофазного тока с результатами сравнения задаюш11х

и выходных трехфазных токов.

«

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых статических преобразо-. вателях энергии. Цель изобретения - увеличение выходной мощности трехфазного мостового источника напряжения. За счет формирования однофазного тока, частота -которого в три раза больше частоты задающих трехфазных токов, фазовый угол равен фазовому углу одного из задающих трехфазных токов, амплитуда - одной девятой амплитуды задающих трехфазных токов, и формирования токов управления ключами суммированием однофазного тока с результатами сравнения задающих и выходных трехфазных токов увеличивают зоны линейной зависимости выходных токов от задающих. 2 ил. i (Л

Составитель A.Придатков Редактор Н.Слободяник Техред Л,Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 6373/49 Тираж 618 Подписное

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

fe.2