Способ управления преобразователем частоты с непосредственной связью Советский патент 1989 года по МПК H02M5/22 

фиксируют значение опорного сигнала в момент естественного включения тиристоров и устанавливают величину сигнала ограничения больше зафиксированного значения опорного сигнала.

но меньше значения эталонног о сигнала начального уровня, в номинальном режиме устанавливают амплитуду управляющего сигнала на уровне, не превышающем зафиксированного значения опорного сигнала.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано |цля управления преобразователем час |тоты с непосредственной связью и естественной коммутацией, входящим в состав источника электропитания 1еременного тока стабильной частоты I . Цель изобретения - улучшение фор- ы выходного напряжения и повьш1ение Загрузочной .способности преобразо- рателя частоты,

I На фиг. , представлена схема уст- Ьойства, реализующего способ управ- Цния; на фиг, 2 - схема преобразо- |вателя с непосредственной связью; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие |:пособ и работу устройства. I Устройство, реализующее предла- аемый способ содержит генератор 1 Задающего напряжения синусоидальной формы, выход которого соединен с пер HW входом сумматора 2, Выход сумматора 2 подключен к входу усипителя- Ьграничителя 3, к другому входу ко- jroporo подкхлочен первый выход источ- |1ика 4 эталонных напряжений, второй Ьыход которого подключен к входу ге- kepaTopa 5 опорных сигналов. Выход Генератора 5 соединен с одним входом Блока 6 компараторов, второй вход ко горого соединен с выходом усилителя- ограничителя 3. Выход блока 6 через блок 7 формирователей импульсов под- Клю чен к управляющему входу преобразователя 8, который получает питание от первичного источника 9 переменного напряжения, выход которого через блок 10 синхронизации подключен к второму входу генератора 5. Выход преобразователя 8 через силовой фильтр 11 подключен к нагрузке 12. В код фильтра 11 через блок 13 обрат- Аой связи соединен с вторьп-i входом сумматора 2.

Первичный источник 9 вырабатьша- ет многофазное переменное напряжение синусоидальной формы, которое- поступает на вход преобразователя 8 и на вход блока 10. На фиг. 2 показана развернутая схема преобразователя 8, источника 9 и блока 10, в которой источник 9 представлен шестью фазными источниками 1 4-1 9 переменной ЭДС, формирующими симметричную шестифаэную последовательность сигналов, преобразователь 8 содержит дроссели 20-25 и тиристоры 26-37, преобразователь 8 подключен через конденсатор 38 фильтра 11 к pesHCTOpiy 39 нагрузки 12, а бяок 10 представляет собой набор компараторов входы которых подключены к источникам 14-19. Блок 10 формирует напряжения прямоугольной-формы по числу фаз источника 9, синхронизированные по фазе с ЭДС источника. Сформированные напряжения прямоугольной формы поступают на вход генератора 5 опорных сигналов и используются при формировании опорных сигналов пилообразной формы в качестве синхронизирующих сигналов, определяющих сдвиг фазы опорных сигналов относительно ЭДС источников 14-19. На два других входа генератора 5 опорных сигналов поступают эталонный сигнал начального уровня ГГц , например, положительной полярности и эталонное напряжение U противоположной отрицательной полярности с выхода источника 4. Эти два сигнала определяют верхний и нижний уровни опорных сигналов пилообразной формы, вырабатываемых генератором 5. Источник 4 также формирует сигнал ограничения Uerтой же.полярности, что и эталонный сигнал начального уровня и„,но меньшей величины. Сигнал Uor поступает на управляющий вход усилителя5

ррраничителя 3, формирующего управляющий сигнал.

Управляющий сигнал представляет собой низкочастотное переменное напряжение, повторяющее форму сигнал на вьжоде сумматора 2, если амплитуда его меньше сигнала Uor, и равное tUor на интервале превышения модулем выходного сигнала сумматора 2 уровня сигнала . Удравляю- щий сигнал с выхода усилителя-ограничителя 3 и опорные сигналы пилообразной формы с выхода генератора 5 поступают в блок 6, в котором вы- рабатьюаются импульсы управления в моменты равенства опорньк и управляющего сигналов. Эти импульсы формируются по длительности, усиливаются по мощности в блоке 7 и подаются на управляющие электроды тиристоров преобразователя 8.

Для пояснения принципа формирования опорных сигналов пилообразной формы и управляющего сигнала рассмо ,РИМ диаграммы (фиг , 3), на которых показана система ЭДС источников 14- 19, для шестифазной нулевой схемы преобразователя (фиг. 2), одно из напряжений прямоугольной формы и один из опорных сигналов пилообразной формы, формируемых генератором 5. Для формирования опорных сигналов вьщеляются характерные моменты времени tg . Момент t соответствует началу положительной полуволны фазной ЭДС питающей сети; момент tj - пересечению ЭДС фаз питающей сети между собой в точке естественного включения тиристоров для шестифазной нулевой схемы} синхронизирующий момент ti выбран в точке пересечения ЭДС фаз питающей сети между собой, опережающей момен естественного включения tj и отстающей от момента t, соответствующего началу положительной полуволны фазной ЭДС питающей сети; момент t отстает от момента естественного включения tj на 90 зл.град. момент tf отстает от момента t на 180 зл. град. В блоке 10 на интервале времени tj - tfp,JiH каждой фазы преобразователя 8 с помощью компараторов блока 10 формируются напряжения Urt . Кот параторы блока 10 осуществляют сравнение ЭДС фаз питающей сети и формируют напряжение Ur,, фронты которых совпадают с момен642696

тами пересечения соответствующих фазных ЭДС (фиг. 3) .

Сформированные компараторами блока 1 О напряжения U,, поступают в генератор 5, который формирует опорные сигналы пилообразной формы для каждого тиристора 26-37 преобразователя 8. Опорные сигналы Up со10 держат линейные участки прямого хода длительностью 180 зл.град. В начале каждого участка напряжение по величине равно сигналу и по фазе совпадает с моментом tgjB конце участ15 ка напряжение равно напряжению U и по фазе совпадает с моментом t.. Участки обратного хода следуют за моментами t и имеют длительность менее 180 зл.град. Участки неизмен- 20 ного напряжения равны сигналу U на интервале tj- t между участками обратного и прямого хода.

Сигнал и„, напряжение Uf, , а также 25 ограничения Ugf- формируются источником 4.

Для реализации способа управления необходимо обеспечить определенные соотношения между величинами постоянных сигналов UA, UH, UOT и амплитудой управляющего сигнала, величина которой изменяется при изменении режима работы нагрузки 12, Для этого, во-первых, источник 4 формирует сигналы Uj,, ид , Uor с определенным 35 соотношением их значений по модулю, однозначно связанным с фазовыми соотношениями между началом прямого хода опорных сигналов (tj) и моментом естественного включения тиристоров в данной фазе. Это соотно шение определяется формулой

и -и Г+ 2(ti, - t)

А jT - 2u)(t, - t,)

5 где частота сетевого напряжения. При этом начало формирования прямого хода опорных сигналов совпадает с моментами времени t, когда величина опорного сигнала равна эталонному

0 сигналу начального уровня U, и заканчивается через 180 эл.град. в моменты времени tj, когда опорный сигнал равен эталонному напряжению Од . Соотношение напряжения Ид и

5 сигнала UK таково, что моменты перехода через ноль опорных сигналов (tfl) на участке прямого хода отстают на 90 эл.град. от моментов естественного включения tj. Интервал t, - t

30

0

соответствует постоянству опорного сигнала, который поддерживается равным эталонному сигналу начального уровня. При таком выборе синхронизирующих моментов tj и выполнении равенства в соотношении, связьшающем Цц и и начало прямого хода опорного сигнала смещается в сторону опережения относительно моментов естественного включения tj на ЗО эл.град При этом обеспечивается согласование управления комплектами тиристорами преобразователя, т.е. равенство углов управления тиристорами выпрямительного (тиристоры 26-31) и ин- верторного (тиристоры 32-37) комплектов при одинаковых сигналах управления. При-этом моментам естественного включения t соответствует предельный уровень управляющего сигнала постоянного тока U

пр

меньший

чем эталонный сигнал начального уровня UA, а углам управления 90 эл.град. - сигнал управления на выходе усилителя-ограничителя 3, равный нулевому уровню. Сигнал ограничения Uor J определяющий максимально возможную амплитуду управляющего сигнала на выходе усилителя-ограничителя 3 (фиг. 1),, выбирается большим чем Ufip , соответствующее моментам естественного включения, н меньшим чем начальный уровень опорных сигналов UH, что обеспечивает пересечение опорных сигналов генератора 5 и низкочастотного управляющего сигнала, формируемого на выходе усилителя-ограничителя 3, на участках прямого хода опорных сигналов хотя бы один раз за период управляющего сигнала при любой его амплитуде.

Моменты равенства напряжения управления Uyn и Поп выделяются компараторами блока 6 и соответствуют моментам включения тиристоров преобразователя 8. Выходные импульсы блока ,6 после формирования по длительности и усиления по мощности в блоке 7 поступают на тиристоры преобразователя 8. В результате включения тиристоров преобразователя 8 на его выходе формируется низкочастотное переменное напряжение с частотой основной гармоники равной частоте выходного сигнала генератора 1 , и амплитудой, пропорционально амплитуде сигнала на выходе усилителя-ограничителя 3 и величине напряжения источника 9. Это напряжение проходит через силовой сглаживающий г фильтр 11 и поступает на нагрузку 12. В свою очередь, напряжение с выхода фильтра 1 1 поступает чер ез блок 13 на второй вход сумматора 2 и вычитается из низкочастотного за0 дающего напряжения синусоидальной формы, уменьшая тем самым амплитуду сигнала на выходе сумматора 2. При этом замыкается отрицательная обратная связь по выходному напряжению

5 преобразователя и стабилизируется величина основной гармоники выходного напряжения, уменьшаются составляющие этого напряжения с частотами, отличными от основной. Блок 13 в дан0 ном случае выполняет роль регулятора и в зависимости от своей структуры и параметров может корректировать амплитудно-частотную характеристику замкнутой системы, улучшая ее качествен5 ные показатели. Однако и при использовании блока 13, не корректирующего амплитудно-частотную характеристику, например при применении пропорционального звена, достигается требуе0 мый эффект.

В режиме работы на номинальную нагрузку выбирают соотношение эталонного сигнала начального уровня, эталон5 ного напряжения и амплитуды управляющего сигнала таким, чтобы амплитуда основной гармоники, управляющего сигнала была примерно равна упомянутому предельному уровню () и не

0 превьш1ала его. Выбор необходимого соотношения обеспечивается выбором амплитуды низкочастотного задающего напряжения синусоидальной формы и величины напряжения источника 9 при

5 определенных параметрах преобразователя 8, фильтра 11 и нарузки 12. При выбранном соотношении указанных сигналов и описанном выше способе формирования опорных сигналов имQ пульсы управления на тиристоры выпрямительного и инверторного комплектов формируются с частичным перекрытием вблизи моментов перехода через ноль управляющего сигнала, т.е.

,r с частичным перекрытием интервалов совмест 1ой работы тиристоров выпрямительного и инверторного комплектов, и с углами управления, не выходящими за точки естественного включения.

-а закон модуляции импульсов управления близок к синусоидальному.

Такое управление позволяет улучшить качество формы выходного напряжения на нагрузке за счет обеспечения плавного перехода тока с комплекта на комплект без появления зоны-прерьтистого тока, а также за счет согласованного управления на интервалах совместной работы комплетов, обеспечиваемого выборо м соотношения эталонного сигнала UH и эталонного напряжения Пд.

Одновременно с улучшением формы выходного напряжения в номинальном режиме обеспечивается повышение нагрузочной способности преобразователя частоты. При выбранном соотношении начального (Ь ц) и конечного (ид уровней опорных сигналов и амплитуды управляющего сигнала, обеспечивающем формирование импульсов управления с синусоидальным законом модуляции при глубине, близкой к единице, .интервалы одновременного формирования импульсов управления и одновременной работы тиристоров выпрямительного и инверторного комплектов занимают относительно небольшую часть периода управляющего сигнала. Это позволяет уменьшить уравнительный ток и за счет этого снизить нагрузку иристоров по току при том же токе нагрузки либо увеличить ток нагруз- ки при сохранении величины тока тиристоров, т.е. повысить нагрузочную способность преобразователя.

При уменьшении нагрузки 12 выходное напряжение стремится увеличиться вследствие уменьшения падения напряжения на сопротивлениях силовых цепей, что приводит к повьшению амплитуды сигнала на выходе блока 13, вычитающегося из сигнала генератора 1 . В результате уменьшается амплитуда сигнала на выходе сумматора 2 и на выходе усилителя-ограничителя 3. При этом увеличивается зона одновременного формирования импульсов управления тиристорами выпрямительного и инверторного комплектов, а значит увеличивается зона совместного согласованного управления, и в режиме холостого хода нагрузки 12 амплитуда сигнала управления может стать менее эталонного напряжения и, , что соответствует переходу на полное согласованное совместное уп

1464269

10

равление комплектами преобрйзоват е- ля, что также улучшает форму формируемого выходного напряжения.

10

15

20

25

С ростом нагрузки выходное напряжение уменьшается за счет повышения падения напряжения на сопрот}тле- ниях силовых цепей и амплитуда сигнала на выходе сумматора 2 увеличивается, становясь более предельного уровня управляющего напряжения и эталонного напряжения. При этом блок 6 формирует импульсы управления в моменты времени, опережающие точки естественного включения, соответствующие нормальным режимам работы, что повьшгает напряжение на нагрузке 12 в режиме перегрузки и увеличивает нагрузочную способность преобразователя. При значительном повьш1ении нагрузки 12, сопровождающемся значительным снижением выходного напряжения фильтра I1, амплитуда сигнала разности задающего напряжения и выходного напряжения блока 13 существенно возрастает и становится более уровня опорных сигналов, соответствующего моментам естественного включения, и более эталонного сигнала начального уровня %. При этом за счет действия усилителя-ограничителя 3 управляющий сигНал становится трапецеидальным с амплитудой, равной Uor, величина которого превышает уровень опорных сигналов, соответствующий моментам естественного зажигания, и амплитуду опорных сигналов (UA). Это позволяет значительно увеличить действующее значение тока на- преобразователя за счет перехода на прямоугольный закон модуляции импульсов управления, формируемых блоком 6 в моменты пересечения опорных сигналов пилообразной формы, и управляющего сигнала прямоугольной формы с выхода усилителя-ограничителя 3, за счет почти полного исключения интервала одновременного формирования импульсов управления выпрямительного и инверторного комплектов, а значит и уравнительного тока, что обеспечивается при превышении амплитуды управляющего сигна- 5 ла над эталонным напряжением, и за счет дополнительного уменьшения углов управления тиристорами, которые включаются ранее точек естественного включения, соответств тощих нормаль35

0

0

. 1464269 2

ным режимам работы. Исключение урав- ную способность преобразователя час- нитель ного тока повьшшет нагрузоч- тоты.

Фиг.1

фиг г