Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

оэ го

ел

4

со

n

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники, и может быт использовано в частотно-регулируемом электроприводе вентиляторов и насосо с дискретными ступенями изменения частоты выходного напряжения вплоть до значений, равных частоте сети, при естественной коммутации тиристоров.

Цель изобретения - повышение плавности дискретного регулирования выходной частоты и расширение области применения преобразователя за счет обеспечения возможности реализации способа при соединении нагрузки по схеме без нулевого провода.

На фиг.1 приведена схема преобразователя; на фиг.2 - схема системы управления преобразователем; на фиг.3 - временные диаграммы напряжений и сигналов, иллюстрирующие способ управления непосредственным преобразователем частоты, а также работу устройства, реализующего этот спо соб.

Устройство, реализующее предлагаемый способ управления непосредственным преобразователем частоты, содержит (фиг.О встречно-параллельно сое диненные пары тиристоров 1-18, которые объединены в три группы 19-21 (по шесть тиристоров в каждой) таким образом, что при од)ювременном включении всех тиристоров одной группы обеспечивается прямое подключение нагрузки к питаюпей сети, напряжения фаз которой сдвинуты между собой последовательно на угол . Упгявляющие электроды тиристоров пог.лючены к выходам системы 22 управления преобразователем, первые три входа которой соединены с фазами питающей сети, а четвертый - с выходом формирователя 23 сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки 2Д. Входы формирователя 23 соединены с датчиками 25-27 тока, установленными в выходных фазах преобразователя, подключенных к фазам нагрузки 24.

Система 22 управления преобразователем (фиг,2) содержит формирователи 28-30 синхроимпульсов, фазосдвигаю- щие устройства 31-33, блок 34 задания напряжения, блок 35 задания час- тоты, элемент 3 или 36, управляемый делитель 37 частоты, кольцевой регистр 38 сдвига, одновибратор 39, RS триггер 40, элемент ЗАПРЕТ 41, эле25

ю

15

20

30-,г дОд5п

г

менты 3 И 42-59, усилители-формирователи 60-77.

Входы формирователей 28-30 синхроимпульсов соединены соответственно с фазами А, В,С 11итаюи1ей сети, а выхода их подключены соответственно к первым входам фазосдвигаюп1 1х устройств 31-33, вторые входы которых соединены с выходом блока 34 задания напряжения. Первый выход фазосдвигаю- щего устройства 31 соединен с первыми входами элементов 3 И 42, 48 и 54, второй выход фазосдвигающего устройства 31 соединен с первыми входами элементов 3 И 43, 49 и 55. Первьгй выход фазосдвигающего устройства 32 соединен с первыми входами элементов 3 И 44, 50, 56, а второй выход соединен с первыми входами элементов 3 И 45,51,57. У фазосдвигающего устройства 33 первый выход подключен к первым входам элементов 3 И 46, 52, 58, а второй выход соединен с первыми входами элементов 3 И 47, 53, 59. Выходы формирователей 28-30 подключены также к входам элемента 3 ИЛИ 36, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя 37 частоты, второй вход которого подключен к выходу блока 35 задания частоты. Выход управляемого делителя 37 соединен с входом кольцевого регистра 38 сдвига и входом одновибратора 39, выход которого соедине) с R-входом Но-триг- гера 40 и с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 41. Второй вход элемента ЗАПРЕТ 41 соединен с выходом формирователя 23 сигнала отсутствия тока в фазах нагрузки. Первь вьсход кольцевого регистра 38 сдвига соединен с вторыми входами логических элементов 3 И 42-47, второй выход регистра 38 сдвига соединен с вторыми входами элементов 3 И 48-53, а третий его выход подключен к вторым входам элементов 3 И 54-59. Прямой выход КЗ-триггера 40 соединен с третьими входами логических элементов 3 И 42-59. Выходы элементов 3 И 42-59 соединены соответственно с входами усилителей- формирователей 60-77, выходы которых соответственно подключены к управляющим электродам тиристоров 1-18.

На фиг.1-3 обозначены: lJ,Ug, и - напряжения фаз питаюпей сети; А, В, С - фазы питарлцей сети; a,h,c- фазы нагрузки 24; Т - сигнал отсутствия тока в фазахцагрузки; с;, 0,

О jj - выходные сигналм кольцевого регистра сдвига 38; С) - выходной сигнал одновибратора 39-; СЦ - сигнал на прямом выходе RS-триггера 40; У1-У18 сигналы включения тиристоров с индексами, соответствук11 ;ими номерам тиристоров 1-18; Ug, b) c - напрян ения на фазах нагрузки 24; Т - интервал времени между переключениями тиристорных групп;-: о - выходной сигнал управляемого делителя частоты 37; Тр - интервал времени, равный 3 С ,

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Напряжения питающей сети 1;, Ug,, Uc поступают на входы формирователей 28-30, каждый из которых вырабатывает последовательность импульсов частотой 2f|, соответствующих момен- там перехода через ноль напряжений соответствующих фаз питающей сети. Фазосдвигающие устройства 31-33,синхронизированные с сетью с помощью соответствующих формирователей синхро- импульсов 28-30, вырабатывают широкие импульсы управления тиристорами, делящиеся от момента открывания тиристора до момента перехода синусоиды напряжения данной входной фазы че- рез ноль. Передний фронт этих импульсов сдвигают относительно сетевого напряжения с помощью потенциального сигнала,поступающего с блока 34 задания напряжения на вторые входы бло- ков 31-33. Сигналы на первых выходах фазосдвигаюи1лх устройств 31-33 соответствуют положительньгм полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы 3 И и усилители- формирователи поступают на управляющие электроды тиристоров, подключенных анодами к фазам питающей сети. Сигналы на вторых входах фазосдвига- ющих устройств 31-33 соответствуют отрицательным полуволнам сетевых напряжений и через соответствующие элементы 3 И и усилители-формирователи поступают на управляющие электроды тиристоров, подключенных катодами к фазам сети.

Импульсы с частотой 6f, с выхода элемента 3 ИЛИ 36 поступают на первы вход управляемого делителя 37, который формирует выходной импульсньй сигнал fa с частотой, в N раз меньще частоты выходных импульсов (фиг.З). Коэффициент деления N определяется кодом, поступающим с блока 35 зада

5 Q

0

ния частоты на второй вход унт авляе- мого делителя 37. Выходные и тульсы управляемого делителя 37, имеющие частоты 6f4/N, поступают на вход кольцевого регистра 38 сдвига, предварительно устанавливаемого в состояние . которому соответствуют потенциальные С1 гпалы логического нуля на втором и третьем его выходах. Сигнал логической едиии1 1 на первом выходе регистра 38 сдвига разрещает работу щестер- ки тиристоров 19. С поступлением очередного импульса Г„ в момент времени 1| (фиг.З) состояние кольцевого регистра 38 сдвига изменяется и единичный потенциал переходит на второй выход, что соответствует включенному состоянию тиристорной группы 20. Одновременно с переключением регистра 38 сдвига выходной импульс делителя 37 частоты запускает одновибратор 39, выходной сигнал которого Q4 (Фиг.З) устанавливает в нулевое состояние RS-триггер 40, находившийся до этого момента в единичном состоянии. Сигнал О 5 на прямом выходе триггера 40 принимает нулевое значение и запрещает прохождение управляющих импульсов на тиристоры 1-18. Элемент ЗАПРЕТ 41 служит для исключения попадания сигналов логической единицы одновременно на оба входа RS-триггера 40. При отсутствии элемента ЗАПРЕТ 41 это возможно в случаях, когда индуктивность в цепи нагрузки 24 невелика и ток во всех ее фазах успевает затухнуть до окончания выходного сигнала ц одиовибратора 39, продолжительностью Т(/3. На фиг.З рассматривается случай, когда индуктивность достаточно велика и ток во всех фазах нагрузки 24 не успевает полностью затухнуть за время Т{/3. Тогда в момент времени t- выходной сигнал Qi одновибратора принимает нулевое значение, но RS-триггер 40 сохраняет свое прежнее состояние.

Выходной сигнал L формирователя 23 может принимать единичное значение только при отсутствии тока во всех выходных фазах преобразователя и полном восстановлении запирающих свойств тиристорами, в остальное время сигнал 1 имеет значение логического нуля. В момент времени t (фиг,3) сигнал I принимает единичное значение и, пройдя через элемент ЗАПРЕТ 41, переводит RS-триггер 40 в единичное

513

состояние. При этом сигнал О, на прямом выходе триггера 40 принимает значение логической единицы-и разрешает прохождение импульсов управления на тиристоры 1-18.

Таким образом, система 22 управления преобразователем обеспечивает циклическое переключение шестерок тиристоров, и осуществляет раздель- ное управление ими. Шестивентильные группы 19-21 осуществляют следующие три варианта подключения фаз питаю

Т.

3-0 т,- N/2.

(2)

время Т угол лср принимает зна3(JiL

, N-2 т у u)| i( 2

(3)

со,-т

р

Подставив (2) и (3), получим

Изобретение относится к электротехнике и может быть иаг ользовано в преобразователях частоты. Цель изобретения - повытение плавности дискретности регулирования выходной частоты и расширение области применения преобразователя. За счет введения задержки на подключения очередной тройки фаз сети к фазам нагрузки и в случае, если ток в нагрузке не успевает затухнуть, осуществление задержки подключения дополнительно на время, равное времени полного затухания тока во всех фазах нагрузки, обеспечивает реализацию способа при соединении нагрузки по схеме без нулевого провода. 3 ил. i (Л

щей сети к фазам нагрузки:

А,,В

В

П - А,

В,

Ш - А, . В

Ы

с1 7 а Ь Ь с а При формировании единичных значений

выходных сигналов Q, Q, Qj (фиг.З) кольцевого регистра 38 сдвига в последовательности Q)- Q обеспечивается последовательность переключения групп тиристоров 19-20-21-19 и, следовательно, прямой порядок чередования фаз питающей сети, подключаемых в каждой фазе нагрузки. Среднее

значение выходного напряжения регули- 25 сов. Особенности конструкции большин

руют посредством изменения угла открывания тиристоров в соответствии с потенциальным выходным сигналом блока 34 задания напряжения о

Введение задержки на 21Т /3 при включении очередной группы тиристоров позволяет улучшить форму выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения постоянной составляющей.

При каждом очередном переключении тиристорных групп 19-21 фаза результирующего вектора напряжения на нагрузке изменяется относительно фазы результирующего вектора напряжения питающей сети на 2Т/3 , где COj - угловая частота результирующего вектора напряжения- сети, 00, 21ГГ,. После трех переключений тиристорных групп за интервал времени 3 этот фазовый сдвиг составит 2iT co, T,.

Выходная частота преобразователя определяется выражением

,(1)

где йЦ) - угол поворота вектора выходного напряжения; интервал времени, в течение которого вектор вькод- ного напряжения поворачивается на угол Время Тп, равное сумме трех интер

при условии выражением

t T, N/6 опре

СО.

-г. -2 -СО, ---.

(4)

Преобразовав (А), получаем

i f7

N-2

(5)

Повышенная плавность регулирования выходной частоты позволяет улучшить энергетические и регулировочные характеристики вентиляторов и насо-

ства серийных асинхронных двигателей, применяемых в этих механизмах, не позволяют включать их по схеме с нулевым проводом. Поэтому способ позволяет расширить область применения непосредственных преобразователей частоты в электроприводах турбомрха- низмов.

35 Формула изобретения

0

Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией вентилей, состоящий в том, что циклически подключают фазы сети к фазам нагрузки через равные интервалы времени, причем на интервалах подключения напряжения фаз сети в трех фазах нагрузки сдвинуты между собой последовательно на угол 2 Г/З, и в каждой фазе нагрузки обеспечивают прямое чередование фаз сети, при этом среднюю величину напряжения на выходе преобразователя регулируют посредством изменения угла открывания вентилей преобразователя , отличающий- с я тем, что, с целью повышения плавности дискретного регулирования выходной частоты и расширения области использования преобразователя, измеряют ток нагрузки, а подключение фаз сети производят одновременно ко

5

0

реем фазам нагрузки, причем подключение каждой очередной тройки фаз сети к фазам нагрузки задерживают на 2 |Г /3, а если за это время ток в нагрузке не успевает затухнуть, то подключение очередной тройки фаз сети задерживают дополнительно на время, равное времени полного затухания

питающей сети в соответствии с выражением

Г Т,. N/6,

где Т, - период напряжения питающей

сети, N 1,2,...,

а выходная частота f преобразователя связана с продолжительностью ин- тока во всех фазах нагрузки, при этом тервала между подключениями выражени- продолжительности о интервалов вре- gj

мени между моментами подключения (N-2)/N,

сети к фазам нагрузки задают кратны- где f, - частота напряжения питающей ми шестой части периода напряжения сети.

f

KR i«j

питающей сети в соответствии с выражением

Г Т,. N/6,

где Т, - период напряжения питающей

сети, N 1,2,...,

а выходная частота f преобразоватеUr

UA и с и с

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

ZL

/v

L

/.

g

о

Uc

о

/lA

Л

i/r V

Ч 5

фиг.З

t

L

/.

n

A

r л(

V

л

t

A

/

V

t