Способ регулирования выходных фазных напряжений трехфазного преобразователя частоты Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

со

00

оо

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроустановках, включающих в себя непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) с естественной коммутацией тиристоров.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей работы НПЧ, нагрузка которого имеет коэффициент сдвига основных гармоник напряжения и тока меньше единицы.

На фиг. 1 представлены графики зависимости реактивной мощности на входе НПЧ в функции глубины регулирования его выходного напряжения при различных способах регулирования; на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего способ регулирования; на фиг. 3 - диаграммы напряжений и токов, поясняющие способ.

Способ осуществляют следующим образом.

НПЧ формирует на своих фазных выходах напряжения, гладкие составляющие которых повторяют в соответствующем масшта бе входные управляющие фазные напряжения Uyi, Uv, LJyc (фиг. 3). Каждое из этих напряжений Uya, Uyb, Uyc на входе НПЧ получают путем алгебраического сложения соответствующего фазного задающего си- нусидального напряжения Usa, Use, Use угловой частоты .S2j с общей для всех фаз составляющей Jyn- Для того чтобы не искажалась синусоидальная форма линейных напряжений , UB, , Uei на выходе НПЧ, должно выполняться условие lUu + UyuUVorp. 1 lU,, + Uy.U УогЛ (1)

U + ,,,J - максимальное значение управляю щего фазного напряжения, обеспечивающее выходное напряжение фазы НПЧ на уровне ЭДС холостого хода.

Формирование составляющей U равляющих фазных напряжений ствует такому режиму работы НПЧ, при котором в каждый момент времени с максимальным по абсолютной величине выходным напряжением (управляющее напряжение поддерживается на уровне ±Vorp ) работает та из фаз НПЧ, которая имеет в д анный момент времени максимальный по абсолютной величине выходной ток. При этом полярность Vorp совпадает с текущей полярностью задающего напряжения этой фазы.

Для создания такого алгоритма управления НПЧ в каждый момент времени уравнивают между собой его выходные токи i, i,, it, контролируют наибольщий 1 и наименьший 1|,„ из них и формируют дополнительное управляющее напряжение Uo прямоугольной формы с амплитудой ±Vcprp Полярность напряжения U,, совпадает с полярностью одного из сигналов . иии, наигде V.

W Уп- соответ0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

большего в данный момент времени по абсолютной величине. При передаче через НПЧ активной мощности в направлении от источника питания к нагрузке полярность полученного напряжения Uo совпадает с полярностью задающего напряжения фазы, пропускающей максимальный по абсолютной величине ток. В случае, когда передача активной мощности происходит в обратном направлении, получаемое первоначально напряжение U необходимо проинверти- ровать.

В дальнейшем из напряжения U вычитают задающее напряжение фазы с максимальным по абсолютной величине током, результатом вычитания является составляющая «UyN управляющих фазных на.пряже- ний, которую прибавляют ко всем фазным напряжениям Usi, USB, Use и формируют таким образом управляющие фазные напряжения Uya, Uyb, Uyc.

Реализация данного снособа управления осуществлена в устройстве (фиг. 2), включающем в себя трехфазный НПЧ 1, нагрузкой которого является обмотка статора двигателя 2 переменного тока, датчики 3-5 тока статора, элементы 6, 7 сравнения сигналов по максимуму, элементы 8, 9 сравнения сигналов по .минимуму, усилитель-ограничитель 10, ключевые аналоговые элементы 11 -12, аналоговый инвертор 13 сигнала, логический элемент «СРАВНЕНИЕ 14, промежуточный суммирующий элемент 15, выходные суммирующие элементы 16-18, нелинейный элемент 19. В качестве задатчика

модулирующих напряжений Uya., Uya, Uyt

выступают синусоидальные задающие напряжения Usa, Ujft, Ujc .

Первые входы суммирующих элементов 16-18 соединены с выходами задатчика модулирующих напряжений, вторые входы - с выходом суммирующего элемента 15. Первый вход суммирующего элемента 15 соединен с выходом ключа 11, второй вход - с выходом ключа 12 через инвертор сигнала 13. Третий вход суммирующего элемента 15 соединен с выходом нелинейного элемента 19, два входа которого подключены через элементы 7, 9 сравнения по максимуму и минимуму к выходам элементов 16-18. Входы ключей 11, 12 подключены к выходу усилителя-ограничителя 10, два входа которого подключены через элементы 6, 8 сравнения по максимуму и минимуму к выходам датчиков 3-5 тока статора двигателя. Управляющие входы ключей 11, 12 подключены к выходам логического элемента.

Элементы 6 и 8 сравнения, образованные двумя тройками диодов, объединенных соответственно катодами и анодами, определяют наибольшее „, и наименьшее JMUH из мгновенных значений фазных токов ij., ig, it- статора, усилитель-ограничитель 10, рабо- таюший в режиме компаратора, на своем выходе формирует напряжение Uo ±Vorp Полярность напр5 жения U совпадает с полярностью наибольшего по абсолютной величине фазного тока статора.

В частности, на интервале времени А (фиг. 3) наибольшим по абсолютной величине является положительный выходной ток i,. Поэтому положительный сигнал IMSKC. на входе усилителя-ограничителя 10 (фиг. 2) по абсолютной величине больше, чем отри- цательный сигнал inuM, напряжение на выходе усилителя 10 Up ±Vorp . Это напряжение через замкнутый ключ 11 (на фиг. 3 показаны диаграммы для двигательного режима работы электрической машины) подключено к первому входу суммируюш,его усилителя 15. В случае инверторного режима работы электрической машины выходное напряжение усилителя 10 было бы подключено к второму входу усилителя 15 через замкнутый ключ 12 и инвертируюш,ий усилитель 13, при этом напряжение на входе усилителя 15 для интервала времени А было бы равно - Verp . Управление ключами 11, 12 осушествля- ется логическими сигналами «О и «1, формируемыми на выходах логического эле- мента 14. Элемент 14 выполняет логическую функцию «Сравнение, формируя на своих выходах взаимно противоположные комбинации логических сигналов при однополяр- ных и разнополярных входных сигналах. Сравнение полярностей этих сигналов долж- но выявлять направление передаваемой через НПЧ активной мощности. Для регулируемого электропривода такими сигналами могут быть используемые в системе автоматического регулирования сигналы заданного момента т, и фактической скорости из дви- гателя. Одинаковая полярность т, и lu соответствует двигательному режиму, разная полярность - генераторному режиму электрической машины.

Выходное напряжение усилителя 15 по- дается на входы суммирующих усилителей 16-18. При этом на интервале времени А (фиг. 3) выходное напряжение Uvt усилителя 16 достигает уровня + Vorp и несколько превосходит его, открывается нелинейный элемент 19, имеющий по входу зону нечув- ствительности в интервале (-Vorp ) - - (-fVorp ) и большой коэффициент усиления в открытой зоне. Через элемент 19 на третий вход усилителя 15 действует сильная отрицательная обратная связь. В результа- те напряжение U-ys на выходе усилителя 15 принимает такую величину, что напряжение Uyc лишь незначительно превышает уровень + Verp , при этом

UyN« -Ujt +У„гр.(2)

На следуюшем интервале времени В наи- большим по абсолютной величине является отрицательный ток ie. Отрицательный сигнал imjH по абсолютной величине больше, чем положительный сигнал ма.кь напряжение Uo - Voi-p , напряжение на выходе элемента 17 становится несколько меньше, чем -Vorp, открывается нелинейный элемент 19, напряжение на выходе элемента 15 устанавливается на уровне

.(3)

Составляющая UyH управляющих фазных напряжений в установившемся режиме работы (2 const) представляет собой периодическую функцию времени Uyn(3Slt.t), переключение полярности UyM происходит в моменты времени изменения полярности очередного фазного выходного тока НПЧ.

На фиг. 1 показаны в относительных единицах зависимости величины реактивной мощности входе НПЧ от глубины регулирования JU его выходного напряжения для значений коэффициента сдвига фаз основных гармоник напряжения и тока в нагрузке НПЧ cos рг 1 и со5-Ч г 0,9 при различных способах управления НПЧ.

Предлагаемый способ управления НПЧ позволяет снизить до возможного минимума потребляемую НПЧ реактивную мощность (кривая С на фиг. 1) при общем характере нагрузки и глубоком регулировании выходного напряжения.

Формула изобретения

Способ регулирования выходных фазных напряжений трехфазного преобразователя частоты, соединенного по схеме «звезда без нейтрального провода по отношению к нагрузке, при котором формируют фазные напряжения-на выходе преобразователя путем коммутации вентилей в соответствии с фазными управляющими напряжениями, формируемыми в виде суммы соответствующего задающего фазного напряжения и результата вычитания одного из задающих фазных напряжений из формируемого в одинаковой с этим напряжением полярности дополнитель.- ного напряжения, амплитуда которого соответствует максимально возможному выходному фазному напряжению преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы, сравнивают между собой в каждый момент времени мгновенные значения токов на фазных выходах преобразователя, для определения полярности указанного дополнительного напряжения и последующего вычитания из него используют задающее напряжение той фазы преобразователя, на выходе которой ток в данный момент времени максимален по абсолютной величине.

Изобретение относится к электроустановкам, включающим в себя непосредственный преобразователь частоты (НГ1Ч) с естественной коммутацией вентилей, питаю- ш,ий трехфазную нагрузку синусоидальными линейными напряжениями. Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы. Устройство содержит НПЧ 1 с датчиками 3-5 тока статора. Элементы сравнения сигналов по максимуму 6, 7 и по минимуму 8, 9 соединены соответственно с усилителем-ограничителем 10 и нелинейным элементом 19, подключенным к промежуточному суммирующему элементу 15. Элемент 15 соединен с выходными суммирующими элементами 16- 18. На выходе каждой фазы НПЧ 1 формируют заданное синусоидальное и общее для всех фаз дополнительное напряжение. Его величина в каждый момент времени должна дополнять до максимально возможного в той же полярности заданное синусоидальное напряжение той из фаз НПЧ, которая в данный момент времени пропускает наибольший по абсолютной величине выходной ток. 3 ил. (Q (Л