Способ управления трехфазно-однофазным преобразователем частоты Советский патент 1988 года по МПК H02M5/22 

00

ICO

Изобретение относится к преобра зовательной технике, в частности к классу систем управления преобразователями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано для питания частотно-управляемь:х электроприводов, переменного тока и спецпотребителей.

Цель изобретения - улучшение фор- мы кривой при глубоком регулирования выходного напряжения преобразователя

На фиг.1 представлена принципи альная схема трехфазно-однофазного преобразователя частоты, для управ ления которым предназначен предлагае мый способ; на фиг.2-5 временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя и зпюры кривых выходного напряжения: при нулевом уров не выходного напряжения, при регули ровании выходного напряжения от нуля до Uqj, при регулировании выходного- напряжения от иф до N3U(p, при регулировании выходного напряжения от и до 2Um соответственно (нумерация диаграмм на фиг.2-5 соответствует нумерации ключей на фиг.1); на фиг.6- функциональная.схема системы управления преобразователей (нумера- ция выходов системы управления соответствует нумерации ключей на фиг.1, для управления которыми эти выходы предназначены); на фиг.7 - кривые коэффициентов гармоник выходного на- пряжения преобразователей для прототипа (кривая 1) и изобретения (кривая 2); на фиг.8 - принципиальная схема преобразователя; на фиг.9 - временные диаграммы импульсов управ- ления ключами преобразователя и зпюры кривых выходного напряжения при регулировании от l,85Um до ЗИд,; на фиг.10 - функциональная схема систе- мы управления преобразователей; на фиг.11 - кривые коэффициентов гармоник выходного напряжения преобразователя для однозонного регулирования (кривая I) и для изобретения (кривая

II). .

Преобразователь частоты (фиг.1)

содержит однофазные согласующие трак сформаторы 1-3, первичные обмотки 4- 6 которых подсоединены к зажимам трехфазной сети А, В, С, каждая из вторичных обмоток 7-9 подключена к первой диагонали соответствующей ей однофазной мостовой схемы 10-12, построенных на полностью управляемых

ключах с двусторонней проводимостью 13-24. Вторыми диагоналями мостовые схемы соединены последовательно между собой и с нагрузкой 25.

Принцип формирования выходного напряжения преобразователя заключается в том, что, замыкая ключи 13-24 однофазных мостовых схем 10-12 по определенному алгоритму, в общем контуре суммированиь, в который включена нагрузка 25, подк.ггючают в одном случае одно из фазных напряжений вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3, в другом - сумму дву:-; этих напряжений, в третьем - трех напряжений. При это во втором случае суммарное напряжени в контуре оказывается равным и„,, в третьем случае - 211. Таким образом, весь диапазон регулирования выходного напряжения разбивают на 3 зоны: первая - от нуля до .U,, вторая - от и до , третья - от TJ3U до 2U(p. В каждой из указанных зон формируют - свой алгоритм управления ключами.

Рассмотрим сущность предложенного способа управления по схеме фиг.1 и временным диаграммам фиг.2-5.

В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до Utp. На временных диаграммах 13-24 (фиг.2) приведены импульсы управления ключами 13-24 при нулевом .уровне выходного напряжения (эпюра 25). При этом на интервале , замыкают ключами 13, 14, 17, 18, 23, 24, т.е. нагрузка 25 оказывается закороченной и выходное напряжение равно нулю. На интервале tt-t замкнутыми оказываются ключи 15, 16,

17,18, 23, 24, нагрузка 25 вновь закорачивается. На интервале замкнутыми оказываются ключи 15, 16, 17,

18,21, 22, которые также закорачивают нагрузку 25. На всех остальных интервалах от t до t, комбинации замкнутых ключей также обеспечивают закорачивание нагрузки 25, т.е. нулевое напряжение на выходе преобразователя.

На верхней границе первой зоны (фиг.Зб) выходное напряжение достигает значения Цф. При этом на интервале t(j-t замыкают ключи 14, 15, 17, 18, 23, 24. Ключи 14 и 15 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (напряжение фазы А), вторичные обмотки 8 и 9 трансформаторов 2, 3 от нагрузки оказываются отключенными: ключи , 18 и 23, 2А закорачивают вторые диагонали однофазных мостовых схем 11-12 (фиг.Зб, эпюра 25). На интервале замкнутые ключи 15, 16 и 17, 18 закорачивают вторые диагонали однофазных мостовых схем 10 и П, а ключи 21 и 24 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 в обратной полярности, т.е. на нагрузку 25 подается напряжение фазы С в обратной полярности (-С). На интервале ключами 15, 16 и 21, 22 закорачивают вторые диагонали мостовых схем 10 и 12, ключами 18 и 19 на нагрузку 25 подается напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 в прямой полярности, на нагрузке 25 на этом интервале действует напряжение фазы В в прямой полярности (фиг., эпюра 25). На последующих интервалах от t до t,, с помощью циклически замьгкающихся ключей 13-24 на нагрузку 25 последовательно подключаются ижение. фаз -А, С, -В, А, -С, В, -А, С, -BS формируя ступенчатую кривую выходного . напряжения преобразователя (фиг„3б, эпюра 25).

Дпя получения промежуточных значений выходного напряжения в первой зоне (O-Uq,) применяют метод щиротно- импульсного регулирования (ШИР), при котором длительность подключения нагрузки 25 к фазным напряжениям вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3 регулируется так, что в течение каждого из интервалов (tQ-t, , , .j,...) часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к одному из указанных фазных напряжений (управление ключами 13-24 осуществляется согласно временный диаграммам 13-24, фиг.Зб), остальную часть интервала нагрузка 25 оказывается закороченной (фиг,2, управление ключами 13-24 осуществляется согласно временным диаг- paMjviaM 13-24). В результате диаграм- :--sbi управления ключами в этой зоне соответствуют фиг.За. Выходное напряженке в этой зоне иллюстрируется эпюрой 25 (фиг.За). Часть 26 интервала tjj-t, , соответствует закорачиванию нагрузки 25 (диаграмма управления ключами по фиг.2), в течение части 27 этогб интерв.ала на нагрузку 25 прикладывается напряжение фазы А с вторичной обмотки 7 трансформатора 1

(диаграмма упранления ключами по фиг.Зб). В дальнейшем аналогично: во i время пауз, когда выходное напряжение равно нулю, ключи 13-24 управляются по диаграммам фиг.2; во время импульсов, когда к нагрузке 25 прикладываются фазные напряжения А, В, С в прямой или обратной полярности с обмоток 7-9 трансформаторов 1-3, ключи 13-24 управляются по диаграм шм фиг.36.

На верхней грани1.е второй зоны (фиг.4б) выходное 11;;пряжение достига

ет значения-J3 1,. При вале tj, -t, замыкаются 17, 18, 21, 24, диняют на нагрузку 25

этом на интер- ключи 14, 15, 14 и 15 подсое- напряжение вто0

5

0

5

0

0

5

ричной обмотки 7 трансформатора 1 (напряжение фазы А), ключи 17, 18 закорачивают вторую диагональ мостовой схемы 11, отключая, таким образом, от нагрузки 25 вторичную обмотку 8 трансформатора 2, а ключи 21 и 24 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмоткк 9 трансформатора 3 в обратной полярности (фаза -С). Напряжение фаз А и -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 28, величина которого в 43 раз больше UQ) (фиг.4б, эпюра 25). На интервале t,-t,., замкнутые ключи 15 и 16 закорачивают вторую диагональ мостовой схемы 10, ключи 18 и 19 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 в прямой полярности (фаза В), а ключи 2 и 24 - напряжение вторичной об- мотки 9 трансформатора 3 в обратной полярности (фаза -С). Напряжения фаз В и -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 23 напряжение 29, величина которого также в -43 раз больше Ь и которое сдвинуто относи тельно напряжения 28 на 60 эл. град (эпюра 25, фиг.4б). На интервале tj- -t замкнутые ключи 13 и 16 подкшог-; чают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 в обратной полярности (фаза А), ключи 18 и 19 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 в прямой полярности (фаза В), а ключи 21 и 22 закорачивают вторую диагональ мостовой схемы 12. Напряжения фаз -А, В, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 30, также равное 43 IL, и сдвинутое относительно 29 на 60 эл.

гр.ад. (фиг.4б, этора 25). На после - дующих интервалах от t до t с помощью циклически замыкающихся ключей на нагрузку 25 последовательно подключают напряжения: 31, 32, 33, 28, 29, 30, 31, 32, 33, равные по ве личине 4з и и сдвинутые между собой на 60 эл. град.

На нагрузке 25 формируется ступенчатая кривая выходного напряжения (фиг.46, эпюра).

Для получения промежуточных значений выходного напряжения во второй зоне (и-,-л1з U(n) применяют метод 1ПИР, при котором длительность подключения нагрузки 25 к фазам напряжения вторичных обмоток 7-9 трансФоматоров 1- 3. регулируют так, что в течение каждого из интервалов (,.

-

ti Ч

,,...) часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к двум из указанных фазных напряжений (фиг.4б, управление ключами 13-24 осуществляется согласно временным диаграммам 13-24), остальную часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к одному из фазных напряжений (фиг.Зб, управление ключами 13-24 осуществляется согласно временным диаграммам 13-24). В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг.4а. Выходное напряжение в этой зоне иллюстрируется эпюрой 25 (фиг.4а). Часть 34 интервала tjj-t, соответствует подключению нагрузки 25 к напряжению 28, по-- лученному суммированием напряжений вторичных обмоток 7 и 9 трансформаторов 1 и 3 (диаграмма управления ключами по фиг.4б), в течение части 35 этого интервала на нагрузку 25 прикладывается напряжение фазы А со вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (диаграмма управления ключами по фиг.Зб). В.дальнейшем аналогично: во время пауз, корда выходное напряжени равно Uq,, ключами 13-24 управляют по диаграммам фиг.Зб; во время импульсов, когда к нагрузке 25 прикладываются напряжения 28-33, ключами 13-14 управляют по диаграммам фиг,4б.

На верхней границе третьей зоны (фиг.56) выходное напряжение достигает значения 2U, При этом на интервале , замыкают ключи 14, 15, 1.8, 19, 21, 24. Ключи 14 и 15 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (на

10

743686

пряжение фазы А в прямой полярности),

ключи 18 и J9 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 (напряжение фазы В в прямой полярности), а ключи- 21 и 24 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 в обратной полярности (фаза -С). Напряжения фаз. А, В, -С, суммируясь в общем ко.-туре, дают на нагрузке 25 напряжение 36, величина которого в

0

5

0

0

5

0

2 раза больше И (фиг. 56. эпюра 25)-. На интервале . замкнутые ключи

13 и 16 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 в обратной полярности (фаза -А), ключи 18 и 19 - напряжение вторичной обмотки В трансформатора 2 (фаза В в прямой по.лярности), ключи 21 и 24 - напряжеш .е вторично;;. обмотки 9 трансформатора 3 в. обратной полярности (фаза -С). Напряжения фаз -А,,В, -С, суммируясь в общем .. контуре, дают на нагрузке-25 напряжение 37, величина которого также в 2 раза больше Um (эпюра 25, фиг,5б) и которое сдвинуто относительно напряжения 36 на 60 эл.град . На интервале tj-t.j замкнутые ключи 13 и 16 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 в обратной полярности (фаза -А) ключи 18 и 19:- напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 2 (фаза В в прямой полярности), ключи 22 и 23 - . напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 (фаза С в прямой полярности). Напряжения фаз -А,.В и -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 38, равное 2Uq, и сдвинутое относительно напряжения 37 на 60 эл.град. (фиг.56, эпюра 25). На последующих интервалах от t до t ,2. с помощью циклически замыкающихся ключей 13-24 на нагрузку 25 последовательно подключаются напряжения 39, 40, 41, 36, 37, 38, 39, 40, 41. равные по величине 2 J(p и сдвинутые между собой на 60 эл.град. На нагрузке 25 формируется ступенчатая . кривая выходного напряжения (фиг.56, эпюр.а 25).

Для получения промежуточных значений выходного напряжения в третьей . зоне л1з Uaj-2Ua3 применяется метод ШИР, при котором длительность подключения нагрузки 25 к фазным напряжениям вто ричных обмоток трансформаторов 1-3

регулируется так, что в течение каж дого из интервалов (,, t,-t, tj-t,...) часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к трем из указанных фазных напряжений (фиг.56, угфавление ключами 13-24 осуществляют согласно временным диаграммам 13-24), остальную часть интерне регулирования, чем в случае применения известного способа. На фиг.7 приведены графики зависимости коэф- фициента гармоник по напряжению К,. от глубины регулирования 5 для известного способа (кривая 1) и изобретения (кривая 2). Видно, что коэффициент гармоник по изобретению су

Изобретение относится к элект- ротехнике и может быть использовано в преобразователях частоты. Цель изобретения - улучшение формы кривой напряжения при глубоком регулировании выходного напряжения. Замыкание ключей преобразователя осуществляют последовательно периодически с использованием широтно-импульсного регулирования выходного напряжения в диапазоне от нуля до 21).,, где - фазное напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Широтно-импуль- сное регулирование выходного напр51же- ния осуществляется позонно, в 1-и зоне - от нуля до Um, во 2-и - от ГТТ до U-, в 3-й - от 43 Uq, h,85.U, в 4-й - от 2 3.п. ф-лы, 11 ил. до 1, до 2Ц ф. (Л

вала нагрузка 25 оказывается подклго- JQщественно ниже.

ченной к двум из фазных напряжений Функциональная схема системы уп-

(фиг.46, управление ключами 13-24равления пр еобразователей (фиг.6)

осуществляют согласно временным 13-состоит из задающего генератора 44,

24). В результате диаграммы управле-выход которого подсоединен к входу

ния ключами в этой зоне соответству- спересчетной цепи на три 45, Три вы-

ют на фиг.За. Выходное напряжение входа пересчетной цепи 46-48 подаются

этой зоне иллюстрируется эпюрой 25на логические ячейки НЕ 49-5, на ло(фиг.За). Часть 42 интервала t -t гический блок 52 pi на выходы схем 20,

соответствует подключению нагрузки14, 24 соответственно. Выходы 53-55

25 к напряжению 36, получаемому сум- 20логических ячеек НЕ также подаются мированием напряжений вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3 (диагрэлч- ма управления ключами по фиг.56), в течение части 43 этого интервала на

нагрузку 25 прикладываемся напряже- 75компараторы 57-59 с прямыми 60-62 и

кие 28, получаемое суммированием на-инверсными 63-65 выходами, подключенными к логическому блоку 52. Первые входы компараторов подключают к не «

на логический блок 52 и выходы схем 18, 16, 22 соответственно. Кроме того, схема управления включает генератор 56 пилообразного напряжения и

пряжений вторичных обмоток 7 и 9 трансформаторов 1 и 3 (диаграмма управления ключами по фиг.46).

точникам опорного напряжения U U .

точникам опорного напряж

В дальнейшем аналогично: во время -jQ причем U 3Ujj, , U

Вторые входы компараторов между собой и подключены нератора 56 пилообразного Выходное напряжение генер суммируется с управляющим ем регулируемого источник фиг.6 генератор пилообраз жения 56 включен последов регулируемым источником 6 кий блок 52 построен по с

пауз, когда выходное напряжение равно fj Urn, ключи 13-24 управляют по диаграммам фиг.46; во время импульсов, когда к нагрузке 25 прикладываются фазные напряжения 36-41, ключи 13-41 управляются по диаграммам фиг.56.

Способ управления обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя, обладающей меньшими искажениями во всем диапазо «

-14

8

;,,

Схема работает следующим образом.

Задающий генератор 44 формирует последовательность коротких импульсов с частотой, в 6 раз превышающей частоту управления. Пересчетная цепь 45 под действием указанных импульсов формирует на выходах 46-48 три последовательности гфямоугольных импульсов X,-Хз, длительность которых рав-

логических ячеек НЕ также подаются

на логический блок 52 и выходы схем 18, 16, 22 соответственно. Кроме того, схема управления включает генератор 56 пилообразного напряжения и

точникам опорного напряжения U U .

причем U 3Ujj, , U

2U

отч

Вторые входы компараторов объединены между собой и подключены к выходу генератора 56 пилообразного напряжения Выходное напряжение генератора 56 суммируется с управляющим напряжением регулируемого источника 66 (на фиг.6 генератор пилообразного напряжения 56 включен последовательно с регулируемым источником 66). Логический блок 52 построен по следующим ло

гическим выражениям;

(1)

на 180 эл.град, сдвинутых между собой на 60 эл.град. С помощью логических ячеек НЕ 49-51 на их выходах 53-55 формируются еще три аналогичные импульсные последовательности , сдвинутые относительно последовательности 46-48 на 180 эл,град.

При нулевом значении регулируемого источника об напряжения на вторые

входы компараторов поступают пилообразное напряжение генератора 56. Амплитуда напряжения этого генератора равна опорному напряжению

и,

on

подаваемому на вход компа

ратора 57. На прямом выходе 60 этого компаратора действует нулевой уровен напряжения Y,. Так как амплитуда пилообразного напряжения, генератора 56 меньше U и UQ, то на прямых выходах 61 и 62 компараторов 58 и 59 также действуют нулевые уровни напряжения , Yg. Логический блок 52 реализует логические выражения (1). В результате на выходах 13-24 схемы управления появляются импульсы - Z соответствующие временным диаграммам фиг.2.

При уровне напряжения регулируемо ,го источника 66, находящегося в пределах 0-Uoni этот уровень напряже- ,ния суммируется с пилообразным напря жением генератора 56 и на прямом выходе 60 компаратора 57 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном выходе 63-нулевого уровня напряжения Y(. Логический- блок 52, реализуя зависимости (1), поочередно подключает на управляющие зажимы ключей 13-24 импульсы на временные диаграммам фиг.2 и 36. результате формируются временные диаграммы по фиг.За и напряжение по эпюре 25 фиг.За.

При уровне напряжения регулируемо- го источника 66, равном , , на вторые входы компараторов 57-59 поступа- .ет напряжение, равное как и ранее сумме пилообразного напряжения генератора 56 и Ujjp, . Поэтому на прямом выходе 60 компаратора 57 действует постоянное напряжение единичного уровня Y, , на HjeepcHOM выходе 63 - нулевого уровня Y, . Так как амплитуда суммарного напряжения на вторых входах компараторов 57-59 меньще

и.

опг

и и

оп-ь

то на прямых выходах 61 и 62 компараторов -58 и 59 действуют нулевые уровни напряжений Y,j,Y. Ло гический блок 52 реализует зависимости (1). В результате на выходах 13 24 схемы управления появляются импульсы Z,-Zj4. соответствующие временным диаграммам фиг.36.

При уровне напряжения источника 66 в пределах U, Uon на прямом выходе 61 компаратора 58 появляются кратковременные импульсы единично

10

15

20

25

30

35

40

50

rOj а на инверсном выходе 64-нулевого уровня напряжения Y,. Логический блок 52, реализуя зависимости (I), поочередно подключает на управляющие зажимы ключей 13-24 импульсы Z,-Z44 по временным диаграммам фиг.Зб и 4б. В результате формируются временные диаграммы по фиг.4а. Преобразователь работает во второй зоне, на его выходе формиуур.тся напряжение по зпю- ре 25 фиг.4а.

При уровне напряжения регулируемого источршка 66, равном U , на прямых выходах 60 и 6 компараторов 57 и 58 действует постоянное напряжение единичного уровня Y, Y, а на инверсных выходах 63 и 64 - ное напряжение нулевого уровня Y, Y. На прямом 62 и на инверсном 65 выходах компаратора 59 действуют кулевой Y и единичный Y уровни наярг- жения соответственно.

Логический блок 52 реализует зависимости (1). В результате на выходах 13-24 схемы управления появляются импульсы Z,3-Z24 соответствующие временным диаграммам фиг.4б.

При уровне напряжения источника 66, находящегося в пределах и,,,

и

on э

на прямом выходе 62 компаратора 59 появляются кратковременные пульсы единичного Yg, а на инверсном выходе 65 - нулевого уровня напряжения Y-. Логический блок 52, реализуя зависимости (1), поочередно подключает на управляющие зажимы ключей 13- 24 импульсы Z, по временным диаграммам фиг.46 и 56. В результате формирзпотся диаграм по фиг.5а и напряжение по эпюре 25 фиг.5а .

При уровне напряжения источника 66, равном Ujj , на прямых выходах 60-62 компараторов 57-59 оказываются 45 напряжения единичного уровня Y,-Y, на инверсных выходах 63-65 - нулевого уровня Y, -Yj . Логический блок 52 реализует зависимости (1). В результате на выходах 13-24 схемы управления появляются импульсы Z,3 Zj, соответствующие временным диаграммам фиг.56. Напряжение на вьпсоде преобразователя достигает максимального значения (фиг.56, эпюра 25).

При данном способе управления К. во всем диапазоне регулирования существенно ниже (кривая 2), чем у прототипа (кривая I). ;

1113

Преобразователь частоты (фиг.8) содержит однофазные согласующие трансформаторы 67-69, первичные об мотки 70-72 которых имеют отпайки 73- 75. Выводы 76-78 первичных обмоток подсоединены к зажимам трехфазной сети А, В, С, выводы 79-81 - к входам трехфазного вентильного моста 82, отпайки 73-75 подсоединены к входам трехфазного вентильного моста 83. К выходам мостов 82-83 подсоединены управляемые ключи 84 и 85. Каждая из вторичных обмоток 86-88 подключена к первым диагоналям соответствующих однофазных мостовых схем 89-91, построенных на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью 92- 103. Вторыми диагоналями мостовые схемы соединены последовательно меж- ду собой и с нагрузкой 104.

Принцип формирования и регулирова- НИН выходного напряжения преобразователя заключается в том, что диапазон регулирования разбивается на четыре зоны и в каждой из них осуществляется ШИР напряжения. При этом,замыкая клю чи 92-103 однофазных мостовых схем 89-91 по определенному алгоритму, в

общем контуре суммирования, в который зо ти), ключи 97 и 98 подсоединяют на

включена нагрузка 104, получают в первой зоне одно КЗ фазных напряжений вторичных обмоток 86-88 трансформаторов 67-69, во второй зоне - сумму двух этих напряжений, в третьей - трех и в четвертой - двух или трех напряжений. При этом во второй зоне суммарное напря ж ение в контуре оказы35

вается равным

и

в третьей и

нагрузку 104 напряжение вторичной о мотки 87 трансформатора 68 (напряже ние фазы В в прямой полярности), а ключи 100 и 103 подсоединяют на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 88 трансформатора 69 в обратн полярности (фаза -С). При этом замк нут ключ 84, обеспечивающий полное подключение первичных обмоток транс

четвертой зонах - 2U(p. Замыкание форматоров 67-69 к фазам сети.Напря-:

жения фаз А, В, -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 104 на пряжение 105, величина которого равна 2U(p (фиг.96, эпюра 104). На интервале t, -t замкнутые ключи 92 и 93 закорачивают вторую диагональ мосто-. вой схемы 89, отключая таким образом, от нагрузки 104 вторичную обмотку 86 трансформатора 67, ключи 97 и 98 под- кодачают на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 87 трансформатора 68 в прямой полярности .(фаза В), ключи 100 и 103 - напряжение вторичной обмотки 88 трансформатора 69 в обратной полярности (фаза -С). Так как

сумма напряжений фаз В, -С равна 13и то включают ключ 85 и на нагрузке 104 выделяется напряжение 106, равное

. 2Um (фиг,965 эпюра 104), сдвинутое

ча 84 осуществляет полное подключение первичных обмоток 70-72 трансформаторов 67-69 к фазам сети. Замыкание ключа 85 осуществляет неполное (до отпаек 73-75) подключение первичных об- ,с моток 70-72 трансформаторов 67-69 к фазам сети, вследствие чего повьшает- ся коэффициент трансформации. Б первой, второй и третьей зонах ключ 84 замкнут,, ключ 85 разомкнут. В четвертой зоне оба ключа 84 и 85 замыкаются попеременно для симметрирования выходного напряжения преобразователя. В каждой из указанных зон формируют свой алгоритм управления ключами.

Рассмотрим сущность предложенного способа управления по схеме фиг.8 и временным диаграммам фиг.2-5, 9.

50

Диапазоны регулирования выходного напряжения преобразователь разбивают на четыре зоны и формируют пять и myльcныx последовательностей для управления ключами преобразователя. Б первых трех зонах формирование кри вых выходного напряжения преобразова теля осуществляется с помощью идентичных первых четырех последовательностей управляющих импульсов для клю чей 92-103. Эти последовательности описаны выше. На фиг.2-5 на временных диаграммах и эпюре напряжения в скобках указаны обозначения для схемы по фиг.8. Формы кривых напряжения на нагрузке 104 идентич Ф фиг.2-5а. Для первых трех зон на управляющий зажим ключа 84 подают отпирающий, а на управляющий зажим ключа 85 - запирающий потенциалы. .

На верхней границе четвертой зонь (фиг.96) выходное напряжение достига ет значения 2иф. При этом на интервале , замыкают ключи 93, 94, 97, 98, 100, 84. Ключи 93 и 94 подсоединяют на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 86 трансформатора 67 (напряжение фазы А в прямой полярнос5

нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 87 трансформатора 68 (напряжение фазы В в прямой полярности), а ключи 100 и 103 подсоединяют на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 88 трансформатора 69 в обратной полярности (фаза -С). При этом замкнут ключ 84, обеспечивающий полное подключение первичных обмоток трансотносительно напряжения 105 на 30 эл. град. На последующих интервалах от t до t с помощью циклически замыдальнейшем аналогично: во время пауз, когда выходное напряжение равно нулю, ключами 92-103, 84, 85 управляют по

кающихся ключей 92-103, 84, 85 на на- диаграммам фиг.2; во время импульсов.

10

20

грузку 104 последовательно подключаются напряжения 107, 108, 109, ПО,

111,106, 112, 113, 114, 115, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 106,

112,113, 114, 115, равные по величи не 2U, и сдвинутые между собой на

30 эл. град. На нагрузке 104 формируется ступенчатая кривая выходного напряжения (фиг.96, эпюра 104).

15

Так формируется пятая последовательность импульсов управления ключами (фиг.96, эпюры 92-103, 84, 85). Импульсы управления ключами, точки соединения которых образуют первые диагонали мостовых схем (например, ключами 92, 93 или.ключами 94, 95 мостовой схемы 89), оказываются сдвинутыми между собой по фазе на 210 эл. град.25

Для получения промежуточных значений выходного напряжения в четвертой зоне 1,85U -2Um применяют метод ШИР, при котором длительность подключения нагрузки 104 к фазным напряжениям о вторичных обмоток 86-89 трансформаторов 67-69 регулируется так, что в течение каждого из интервалов (, , tj-tj,...) часть интервала нагрузка 104 оказывается подключенной к трём или двум из указанных фазных напряжений (фиг.96, управление ключами 92-103, 84, 85 осуществляют согласно временным диаграммам 92-103, 84, 85), остальную часть интервала нагрузка-104 оказывается отключенной от указанных фазных напряжений (фиг.2, управление ключами 92-103, 84, 85 осуществляют согласно временным диаграммам 92-103, 84, 85)о В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг.9а. Выходное напряжение в этой зоне иллюстрируется эпюрой 104 фиг.9а. Часть 116 интервала соответствует подключению нагрузки 104 к напряжению 105, получаемому суммированием напряжений вторичньпс обмоток 86- 88 трансформаторов 67-69 при замкнутом ключе 84 (диаграмма управления ключами по фиг.96), в течение части 117 этого интервала на нагрузку 104 напряжение не подается (диаграмма управления ключами по ), В

35

40

45

50

55

когда к нагрузке J04 прикладываются фазные напряжения 105-115, ключами 92-103, 84, 85 управляют по диаграммам фиг.96.

Данный способ управления обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя (кривая II), обладающей меньшими искажениями во всем диапазоне регулирования, чем в прототипе (крива I) ,

Схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления (фиг.10), состоит из задающего генератора 118, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера И 9, прямой выход 120 которого подсоединен к входу пересчетной цепи на три 121, а инверсный 122 - к входу пере счетной цепи на три 123 и логическому блоку 124. Три выхода 125-127 пересчетной цепи 121 подают на логические ячейки НЕ 128-130 и на логический блок 124. Три выхода 131-133 пе-- ресчетной цепи 123 подают на логический блок 124. Выходы 134-136 логических ячеек НЕ подают на логический блок 124. Кроме того, схема управления включает генератор 137 пилообрея-- ного напряжения и компараторы 138- 141 с прямыми 142-145 и инверсными 146-149 выходами, подключенными к логическому блоку 124, причем выходы компаратора 141 подключают также и к одинаковым устройствам 150 и 151 задержки сигналов, обеспечивающим задержку на время 5-10 периодов выходной частоты преобразователя, выходы 152 и 153 которых подают на логический блок 124. Первые входы компараторов подключают к источникам опорного напряжения UQ,,. -Uond причем

on 3

Uflni 004

опъ - ofii

и,

OfJI

и,„, 0,813и,

2Uon . Вторые вхЬды компараторов 138-140 объединены между собой и подключены к выходу генератора 137 пилообразного напряжения. Второй вход компаратора 141 подключен непосредственно к источнику 154 регулируемого напряжения. Выходное напряжение генератора 137 суммируется с управляющим н апряжением регулируемого источника 154, содержащего ключевой транзистор 155 (на фиг.10 генератор 137 пилообразного напряжения включен

дальнейшем аналогично: во время пауз, когда выходное напряжение равно нулю, ключами 92-103, 84, 85 управляют по

диаграммам фиг.2; во время импульсов.

0

0

5

5

о

5

0

5

0

5

когда к нагрузке J04 прикладываются фазные напряжения 105-115, ключами 92-103, 84, 85 управляют по диаграммам фиг.96.

Данный способ управления обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя (кривая II), обладающей меньшими искажениями во всем диапазоне регулирования, чем в прототипе (крива I) ,

Схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления (фиг.10), состоит из задающего генератора 118, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера И 9, прямой выход 120 которого подсоединен к входу пересчетной цепи на три 121, а инверсный 122 - к входу пере счетной цепи на три 123 и логическому блоку 124. Три выхода 125-127 пересчетной цепи 121 подают на логические ячейки НЕ 128-130 и на логический блок 124. Три выхода 131-133 пе-- ресчетной цепи 123 подают на логический блок 124. Выходы 134-136 логических ячеек НЕ подают на логический блок 124. Кроме того, схема управления включает генератор 137 пилообрея-- ного напряжения и компараторы 138- 141 с прямыми 142-145 и инверсными 146-149 выходами, подключенными к логическому блоку 124, причем выходы компаратора 141 подключают также и к одинаковым устройствам 150 и 151 задержки сигналов, обеспечивающим задержку на время 5-10 периодов выходной частоты преобразователя, выходы 152 и 153 которых подают на логический блок 124. Первые входы компараторов подключают к источникам опорного напряжения UQ,,. -Uond причем

on 3

Uflni 004

опъ - ofii

и,

OfJI

и,„, 0,813и,

2Uon . Вторые вхЬды компараторов 138-140 объединены между собой и подключены к выходу генератора 137 пилообразного напряжения. Второй вход компаратора 141 подключен непосредственно к источнику 154 регулируемого напряжения. Выходное напряжение генератора 137 суммируется с управляющим н апряжением регулируемого источника 154, содержащего ключевой транзистор 155 (на фиг.10 генератор 137 пилообразного напряжения включен

последовательно с регулируемым источником 154). Логический блок 124 по

Схема работает следующим образом.

Задающий генератор 118 формирует последовательность коротких импульсов с частотой, в 12 раз превышающей частоту управления. Эти импульсы поступают на счетный вход Т-триггера 119, на прямом 120 и инверсном 122 выходах которого после ;-того появляются импульсы с частотой, в 2 раза меньщей частоты генератора 118. Пересчетная цепь 121 под действием импульсов с прямого выхода 120 триггера 119 формирует на выходах 125-127 три последовательности прямоугольных импульсов, длительность которых равна 180 эл.град., сдвинутых между собой на 60 эл.град. Пересчетная цепь 123 под действием импульсов с инверсного выхода 122 триггера 119 формирует на выходах 131-133 три последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутых каждая относительно соответствующей последовательности 125- 127 на 30 эл.град.С помощью логических ячеек НЕ 128-130 на их выходах 134-136 формируются еще три аналогичные импульсные последовательности, сдвинутые относительно последователь ностей 125-127 на 180 эл.град.

Работа схемы управления в первых /рех зонах аналогична работе схемы тфавления по фиг. 6. Временные диаг- рагфй импульсов управления и эпюры напряжения на нагрузке 104 соответст BVTOT фиг.2-5а. При этом логический блок 124 реализует зависимости (2).

Верхш-ш пределом третьей зоны является выходное напряжение равное

з85и|,р. При этом уровень опорного напряжения источника 154 достигает значения Ugj,, Q,813Up(,, В результате срабатывает компаратор 141 и на его

.5

строен по следующим логическим выражениям:

20

25

30

45

35

40

0

5

прямом выходе 145 появляется единич-. ный уровень напряжения,а на инверсном 149 - нулевой. При этом закрывается ранее открытый единичным уровнем с выхода 149 компаратора 141 ключевой транзистор 155, из-за чего скачком поднимается напряжение регулируемого источника 154 до величины, необходимой для получения на выходе преобразователя одинакового действующего значения напряжения в момент окончания третьей зоны и в момент начала четвертой зоны регулирования. Вследствие срабатывания компаратора 141 логический блок 124 на своих выходах 92-103 реализует временную диаграмму по фиг.2 дпя первой последовательности. При этом на управляющий зажим ключа 84 подается отпирающий, а на управляющий зажим ключа 85 - запирающий потенциалы. На выходе преобразователя отсутствует напряжение. Это длится в течение задержки yet- ройств 150 и 151 задержки, равной 5- 10 периодам выходного напряжения преобразователя, затем на выходе 152 устройства 150 задержки появляется единичный уровень напряжения, а на выходе 153 устройства 151 задержки - нулевой уровень напряжения. В результате по зависимостям (2) реализуются временные диаграммы фиг.9а. Преобразователь работает в четвертой зоне, на его выходе формируется напряжение по эпюре 104 фиг.9а.

При уровне напряжения источника 154, равном Uon i на прямом выходе 144 компаратора 140 оказывается напряжение единичного уровня, а на инверс- ,ном выходе 148 - нулевого уровня. В результате на выходах 92-103, 84, 85 схемы управления действуют импульсы

пятой последовательности временные диаграммы фиг.96 . Форма кривой вы- ходного напряжения (фиг.96, эпюра 104) двенадцатиступенчатая. , Коэффици- ент гармоник К снижается до О,152.

При предлагаемом способе управлв кия для варианта преобразователя по фиг.8 во всем диапазоне регулирова ния коэффициент гармоник существенно ниже (кривая II), чем у прототипа (кривая I); кривая III относится к преобразователю с управлением во всем диапазоне с помощью первой и пятой последовательностей (фиг.11).

При работе преобразователя на асинхронный двигатель в момент пере- хода на управление импульсами первой и пятой последовательностей возможно включение напряжений сети на противо- ЭДС двигателя так, что токи в ключах резко возрастают. Для этого вводят задержку подачи импульсов пятой последовательности, закорачивая обмотки двигателя на 5-10 периодов выход- ной частоты преобразователя. За это время электромагнитные процессы в обмотках закончатся, а так как электромагнитная постоянная времени обмоток намного меньще механической постоян- ной двигателя, то двигатель будет вращаться по истечении указанного периода времени практически с неизменной скоростью. При включеннии обмоток на управление от преобразовате- ля токи в ключах не будут превьшать допустимых значений. На схеме управления по фиг.10 указанная задержка осуществляется с помощью устройств 150 и 151 задержки.

Формула изобретения

пульсным регулированием их длительности, сдвинутых между собой для различных мостовых схем на 120 эл.град., отличающийся тем, что, с целью улучшения формы кривой при глубоком регулировании выходного напряжения преобразователя, для каждого из ключей отдельной мостовой схемы формируют четыре последовательности прямоугольнъ х импульсов длительностью 180 эл.град., так что для первой последовательности импульсы управления ключами, точки соединения которых образуют первые диагоу-али мостовых схем, формируют совпадающими между собой по фазе, для второй последовательности - сдвинутыми на 60 эл.град. для третьей - сдвинутыми на 120. эл, град., для четвертой - сдвинутьп ш 180 эл.град., импульсы управления ключами, точки соединения которых образуют вторые диагонали мостовых схем, формируют для всех четырех последовательностей неизменными по фазе ri сдвинутыми для каждых двух ключей отдельной мостовой схемы на 180 эл. град., затем при повышении выходного напряжения преобразователя от нуля до Пд,,/ где Um - фазное напряжение на вторичной обмоТке трансформатора, поочередно подают на управляющие зажимы ключей импульсы первой и второй последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов первой последовательности и увеличивая длительность подключения импульсов второй последовательности, при повышении выходного напряжения от Um до л13 Um поочередно подают на управляющие зажимы ключей импульсы второй и третьей последовательностей,- уменьшая длительность подключения импульсов второй и увеличивая длительность подключения импульсов третьей последова тельностей, при повышении выходного напряжения от т1з U до 2и„, поочередно подают на управляюш 1е зажимы клю чей импульсы третьей и четвертой последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов третьей и увеличивая длительность подключения импульсов четвертой последовательностей.

первичных обмоток трансформаторов, причем одни из выводов этих обмоток подсоединены к входам переменного тока первого, а отпайки - к входам переменного тока второго трехфазного вентильных мостов с управляемыми ключами с односторонней проводимостью на их выходах, дополнительно формируют для каждого из ключей отдельной мостовой схемы пятую последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутых для ключей, точки соединения которых образуют первые диагонали мостовых схем, на 210 эл.град., поочередную подачу на управляющие зажимы ключей импульсов третьей и четвертой последовательностей осуществляют при изменении выходного напряжения от Uq, до l,85Uqj, при повышении выходного напряжения от l,85U(p до 2Um поочередно подают на управляющие зажимы ключей импульсы.первой и пятой последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов п. и увеличивая длительность подключения им- пульсов пятой последовательностей и, кроме того, при регулировании выходного напряжения от нуля до 1,85U на

ю

cpLisA

управляемый ключ, включенный на выходе трехфазного вентильного моста, зажимы переменного тока которого подсоединены к отпайкам первичных обмоток трансформаторов, подают запирающий, а на управляемый ключ другого такого моста - отпирающий потенциалы, а при регулировании выходного напряжения от 1,85U до 2Ue на указанные управляемые ключи подают импульсы, сдвинутые для этих ключей на 180 эл. град,, с частотой следования в шесть раз больше частоты следования импульсов для полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью.

.Z

Uffj 1ПГУ1

-Д1и/7{жт

M

tS(sfL

ItroM

rat//.wr

j

nnni-if

irzi

;з

«

5

.J-wlM.

-1/«Щ

J

-1й1ш

miL

i( /« i ts tt tf t-, tt ft

f ta iff tft

,

и/7{жт

nj./5(

MI

-t

.

rf

./ - - - -t -t e i

ItroM

t//.wr

if

i

MlИШ t/jk

№)

Д

13

ts i/ffjf

t/jk

.J

№) I1n

Д / t, Cs in is it t-r t, i, befrfjff

..ti -ШГ 1

l-f « f /. У, ff

Л. « iV

ai o,z 0,3 o,u o,5 0,6 a o.e о.9 i

II

r/tySuna регулиро а/ /{ Фиг. 7

e о.9 i

II

8

я

в5

fU

.-Лч.Л22

7S

I

. u Jn:::iiij

«

99

-f 90

nnnnnnm ппппвпппптпп дилг/

X

ТП JlJlfUlAILrnnnnnnJLflJLAJULftrnnrinri i -

ss

Л

ZZnI I к

МЯ П fl ЯППППППП и П R Ш ЯПППППП / a

y

« Ьтпор1и11МААГПг1Г1Ппал n n nojic

X

«

Kphnnn nfl fl fl n nnmnnnn flin n ii дппп

/fl/

-L

J:-J

Я

явягпптппа плипептппрпн япг i

«а

«4

Л

TLj:ijnjaj3jiu:LiiJi ajn EL..i ; iLjnjajnjxji JTjnjTJi rLn «r -О-п.п П П .п-П-П-а-П-п п L UxtTUiunjajrunjnjTLrLn г./

иг/// /П / 4 /и ОУ 106 107 101 103 JIO III las чг , т us toi ns юг па ifi по rt/

ляX

Hi

ПК

72

mm

W

Srsi

ффф

82

:::iiij

99

-f 90

Фиг.в ,.

я

d t Ь i. it iffr if i, , M,Jeiefe i tfieimia

f Lf

r

к

a

sr

«

w

3- /

--/

т

ляX

I. I

I

..

0,1, 0,i 0,6

Put. II