Способ регулирования выходного напряжения трехфазно-трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью Советский патент 1990 года по МПК H02M5/27 

СП

СО Јь

О5

со

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к knaccy систем управления преобразователями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано в частотно управляемом электроприводе и системах электропитания спецпотре- бит ел ей.

Целью изобретения является улуч- шение Формы кривой тока нагрузки.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазно-трехйазного преобразователя частоты для регулирования выходного напряжения, в ко- тором реализуется предлагаемый способ; на фиг. 2 - функциональная схема системы управления преобразователем (нумерация выходов системы управления соответствует нумерации ключей на фиг. 1, для управления которыми эти выходы предназначены); на фиг.З- 6 - временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя и эпюры кривых выходного напряжения: при регулировании выходного напряжения от нуля до Ujp (фиг. 4), при регулировании выходнаго напряжения от до 42Ua (Фиг. 5), при регулировании выходного напряжения от s2Um Д° (фиг. 6) (нумерация диаграмм на фиг. 3-6 соответствует нумерации ключей на фиг. 1 и обозначениям на фиг. 2); на фиг. 7 - зависимости коэффициентов гармоник Kru от отношения

U

t где и, - первая гармоника;

ивы«

Ue - действующее значение выходного

напряжения для прототипа (кривая а) и для предлагаемого преобразователя (кривая б).

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит три трехфазно-однофазные мостовые схемы 1-3, образующие три фазы преобразователя. Каждая из этик схем построена на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, например, ключи 4-9 для мостовой схемы 1, которые осуществляют подключение комбинаций фазных, линей ных и нулевых напряжений к трехфазно нагрузке 10-12. Кроме того, преобразователь включает в себя два трехфазных диодных моста 13 с ключом 14 и 15 с ключом 16. Выводы переменного тока моста 13 подключены к одним (например, к левым по схеме фиг. 1), а моста 15 - к другим (например, к правым по схеме фиг. 1) одновременным

5

5 Q

0

5

выводам трехфазной нагрузки 10-12. Выводы постоянного тока этих мостов подключены к силовым выводам полностью управляемых ключей 14 и 16с односторонней проводимостью.

Принцип регулирования выходного напряжения преобразователя заключается в том, что диапазон регулирования разбивают не на две, как в прототипе, а на три зоны и в каждой из них осуществляют широтно-импульсное регулирование (ШИР) выходного напряжения.

Рассмотрим суть предлагаемого способа регулирования по схеме фиг. 1 и временным диаграммам фиг. 3-6. В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до Уф (отношение U,/UBb№ меняется от нуля до 0,95). На временных диаграммах фиг. 4 приведены импульсы управления , 1Х,&при регулировании в этой зоне. Эпюра 10а показывает Лорму выходного напряжения на нагрузке 10 выходной фазы 1 преобразователя по фиг, 1. При этом на интервале t0-t, замыкают ключи 4 и 14 (диаграммы 1Х4, 1Х{бфиг.4) и нагрузка 3 0 оказывается подключенной к фазному напряжению фазы А трехфазной сети А, В, С. На интервале tj-tfc замыкают ключи 14 и 16 (диаграммы 1Х,ф, lXf,) и все нагрузки 10-12 закорачивают. Затем вновь на интервале tj-t, замыкают ключи 4 и 14 и нагрузку 10 подключают к базе А и т.д. На интервале замыкают ключи 9 и 14 (диаграммы IX j, fX,q) и нагрузку 10 подключают к Фазному напряжению фазы С в противоположной полярности. На интервале ts-t6 замыкают ключи 14 и 16 и нагрузки Ю-12 закорачивают и т.д. На промежутке времени t7-t8 путем поочередного замыкания ключей 6 и 14 при замкнутом ключе 16 (диаграммы 1Х6, , 1Х,б) нагрузку 10 то подключают к фазному напряжению В, то закорачивают. На промежутке tg-to нагрузку то поочередно подключают к фазному напряжению А в противоположной полярности, то закорачивают. На промежутке t,,-t10 нагрузку подключают к фазному напряжению фазы С, а на промежутке t1(J-tM - к фазному напряжению фазы В в противоположной полярности. Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения на эпюре 10а фиг.4. При увеличении длительности интервалов t6-t,, ta-t,...n уменьшении длительности интервалов t,-ta... выходное напряжение возрастает и при нулевой паузе t,-t4,... выходное напряжение достигает значения U,, а форма кривой приобретает вид по эпюре 106 (Ьиг. 4). Это верхний предел первой зоны.

В первой подзоне второй зоны выходное напряжение меняется от I до -J2U у (отношение К, /UBb)X меняется от О, 95 до 1,35). На временных диаграммах фиг. 5 приведены импульсы управления 2Х4-2Х- , , 2Х16 при регулировании в этой подзоне. Эпюра 10а показывает форму выходного напряжени на йагрузке 10 выходной фазы 1. При этом на интервале tg-t замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы 2Х4, 2Х7 фиг.5) и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами А и В. На интервале t,-ti замыкают ключи 4 и 16 (диаграммы 2Х4, ) и нагрузку 10 подключат к Лаз- ноуу напряжению фазы А. Затем вновь на интервале замыкают ключи 4 и 7 и нагрузку 10 подключают к линейному напряжению АВ и т.д. На интервале Ц-tg нагрузка 10 остается в течение всего интервала подключенной к с помощью замкнутых ключей 4 и 16. На интервале замыкают ключи 4 и 9 (диаграммы 2Х4, 2ХЧ) и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами А и С в противоположной полярности. На интервале t6-t7 замыкают ключи 9 и 14 (диаграммы 2Х„, ) и нагрузку 10 подключают к фазному напряжению фазы С в противоположной полярности и т.д. На интервале tg-t нагрузка 10 остается в течение всего интервала подключенной к фазе С в противоположной полярности с помощью замкнутых ключей 9 и 14. На интервале нагрузку 10 с помощью ключей 6, 9 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С, то к фазному напряжению фазы В (первую половину интервала) , поток к фазному напряжению фазы В (вторую половину интервала). На интервале нагрузку 10 с помощью ключей 5, 6 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами А и В в противоположной полярности, то к фазному напряжению фазы А в противоположной

0

полярности, потом к фазному напряжению фазы А в противоположной полярности. На интервале t4, нагрузку 10 с помощью ключей 5, 8 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами С и А, то к фазному напряжению фазы С, потом к фазному напряжению Лазы С. На интервале нагрузку 10 с помощью ключей 7, 8 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между Фазами В и С в противоположной полярности, затем к фазному напряже5 нию фазы В в противоположной полярности. Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения по эпюре 10а фиг.5. При дальнейо тем увеличении длительности интервалов tQ-t,, ,... и уменьшении длительности интервалов t,, -t2 ,.. . выходное напряжение возрастает и при нулевом интервале ,... выходное

5 напряжение достигает значения ,p, а форма кривой приобретает вид по эпюре 106 фиг. 5. Это верхний предел первой подзоны второй зоны.

Во второй подзоне второй зоны вы0 ходное напряжение меняется от -|2и„, до 43U (отношение U,/U8b(( меняется от 1,35 до 1,65). На временных диаграммах фиг. 6 приведены импульсы управления , ЗХц, ЗХ16 при ре-

5 гулировании в этой подзоне. Эпюра 10а показывает форму выходного напряжения на нагрузке 10 выходной фазы 1. При этом на интервале t0-t замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы ЗХ4

0 ЗХтсЬиг. 6) и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами Аи В. На интервале t,-ta продолжают оставаться замкнутыми эти ключи, а нагрузка - подклю5 ченной между фазами А и В. На интервале замыкают ключи 4 и 16 и нагрузку 10 подключают к фазному напряжению фазы А. Далее вновь замкнутыми ключами 4 и 7 нагрузку 10 на

о интервале Ц-Ц подключают к линейному напряжению между фазами А и В и т.д. В течение всего интервала нагрузку 10 ключами 4 и 9 подключают к линейному напряжение меж5 ду фазами А и С в противоположной полярности. На интервале t6-t7 нагрузку поочередно то подключают к линейному напряжению между фазами А и С в противоположной полярности (клю715

чами 4, 9), то к сЬазному напряжению фазы С в противоположной полярности (ключами 9 и 14).Далее аналогично на первой половине интервала tr-t8 нагрузка 10 оказывается подключенной к; линейному напряжению ВС (ключи 6 и| 9), а на второй половине интервала ее поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С (ключи 6 и 9) то к фазному напряжению фазы В (ключи 6 и 16). На интервале tg-tg нагрузку 10 с помощью клю }ей 5, 6 и 14 сначала подключают к Линейному напряжению между фазами А

В в противоположной полярности

первая половина интервала),а затем йоочередно подключают то к указанному линейному напряжению, то к фазному напряжению фазы А в противоположной полярности (вторая половина интерва- яа). На интервале t4-t10 нагрузку (с помощью ключей 5, 6 и I6) в первой Головине интервала подключают к ли- ейному напряжению между базами С и А, а во второй половине интервала Поочередно то к указанному линейному Напряжению, то к фазному напряжению фазы С. Наконец на интервале tv)-t с помощью ключей 7, 8 и 14 нагрузку 10 сначала подключают к линейному Напряжению между фазами В и С в противоположной полярности (первая половина интервала), а затем поочередно |между указанным линейным напряжением фазным напряжением фазы В в противоположной полярности (вторая полови- на интервала). Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения по эпюре Юа фиг. 6. При дальнейшем увеличении длительности интервалов t,t1(.., и уменьшении длительности интервалов ,,.. выходное напряжение возрастает и при нулевом интервале ti-t3,... достигает значения -430, а Форма кривой приоб- ретает вид по эпюре 106 (фиг. 6). Это верхний предел всего диапазона регулирования.

Описанный способ регулирования обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя с меньшими искажениями во всем диапазоне регулирования, чем у прототипа. На фиг. 7 кривая б зависимости коэффициента гармоник Кгц, характеризующего искажения формы кривой выходного напряжения, от отношения U,/U 6ых

0

5

0

5

0

5

40

50

55

8

для изобретения на участке 0,95-1,65 располагается ниже кривой а для прототипа.

Схема управления преобразователем (фиг, 2), реализующая предлагаемый способ, состоит из задающего генератора 17, выход которого соединен со счетным входом триггера 18, Единичный выход триггера Т подсоединен к входу пересчетной цепи 19 и логического блока 20. Выходы пересчетной цепи также подключены к входам логического блока 20. Схема включает также генератор 21 высокочастотного пилообразного напряжения и компараторы с прямыми Z,)-Z9 и инверсными выходами, подключенными к входам логического блока 20. Первые входы компараторов подключены к источникам опорного напряжения Uon -Uoa . Вторые входы компараторов объединены между собой и подключены к выходу генератора 21 пилообразного напряжения, который соединен последовательно с выходом источника 25 регулируемого напряжения. На выходах X,, , Х 6логического блока 20 появляются импульсы управления ключами преобразователя 4-9, 14 и 16,

Работа схемы управления по фиг.2 заключается в следующем.

Задающий генератор 17 формирует последовательность коротких импульсов с частотой, в 12 раз превышающей частоту управления Q (Фиг. 3-6). Триггер 18 делит эту частоту пополам и прямоугольные импульсы с его единичного выхода Т поступают на логический блок 20 (фиг. 3).Эти же импульсы подаются на вход пересчетной цепи 19, на выходах Y, -Yg которой формируются шесть последовательностей прямоугольных импульсов длительностью дс 60 эл. град., сдвинутых между собой на 60 эл. град, и следующих с частотой управления 91 (фиг. 3). Импульсы поступают на входы логического блока 20.

Генератор 21 высокочастотного пилообразного напряжения включен, как указано, последовательно с выходом источника 25 регулируемого напряжения. При нулевом уровне напряжения ,на выходе источника 25 амплитуда пилообразного напряжения, равная Uon,, не достигает на втором входе компаратора 23 уровня срабатывания и на первом выходе Z действуют нулевой,

а на инверсном 24 единичный потенциалы. Аналогичные потенциалы действуют на выходах остальных компараторов 23 и 24. При таком состоянии компараторов на выходах , Х,4, логического блока 25 формируются импульсы управления ключами, при которых длительности интервалов t0-t,, tg-tj,... равны нулю и выходное напряжение на нагрузке 10 также равно нулю (фиг. 4).

При повышении напряжения на выходе источника 25 в пределах 0-Uon результирующее напряжение на выходе генератора 21 повышается. Компаратор 22 начинает срабатывать и на его прямом выходе Z4 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном Z,, нулевого уровня (фиг.4). На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются. При этом на выходах Х4-Х- , , Х,б блока 20 появляются управляющие импульсы по диаграммам lX4-lX j, , 1Х16 (фиг. 4). При достижении напряжением на выходе источника 25 значения и0(ц на выходе Z, компаратора 22 устанавливаются единичный, а на выходе Z, нулевой уровни. При этом длительности интервалов tjj-t,,... возрастают до максимума, а интервалов t,-t4,... снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 106 (фиг.4).

При повышении напряжения на выходе источника 25 в пределах Uoni-Uona начинает срабатывать компаратор 23 и на его выходе Z появляются кратковременные импульсы единичного, а на Z нулевого уровней (фиг. 5). На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются. При этом на выходах блока 20 появляются импульсы по диаграммам , 2Х,,,, 2Xfg (фиг. 5). При достижении напряжением на выходе источника 25 значения Uona на выходе Z компаратора 23 устанав- ливаетсй единичный, а на выходе Z нулевой уровни. При этом длительности интервалов t0-tt,... возрастают до максимума, а интервалов t,-ta,... снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 106 (фиг.5).

При повышении напряжения на выходе источника 25 в пределах U -lIon начинает срабатывать компаратор 24 и на его выходе появляются кратковременные

0

5

0

импульсы единичного, а на Z нулев о- го уровней (фиг. 6). На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются. При этом на выходах блока 20 появляются импульсы по диаграммам 3X+-3Xq, , ЗХ1б (фиг. 6). При достижении напряжением на выходе источника 25 значения Uon, на выходе компаратора 24 устанавливается единичный , а на выходе Z 3 нулевой уровни. При этом длительности интервалов возрастают до максимума,

снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 106 (фиг. 6). .

При снижении напряжения источника 25 процессы в схеме протекают в обратном порядке.

Логический блок 20 реализует следующие логические выражения

Н -t,...

а интервалов tu-t9,...

25

30

5

0

5

0

5

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет повысить качество энергии на выходе преобразователя, в частности снизить коэффициент гармоник кривой выходного напряжения при глубоком регулировании. Экономический эффект может быть определен, например, от снижения дополнительных потерь в обмотках двигателя, для регулирования которого может быть использован такой преобразователь.

Формула изобретения

Способ регулирования выходного напряжения трехфазно-трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью, каждая фаза которого выполнена по трехфазно-однофазной мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью и содержащего также два трехфазных диодных моста, выводы переменного тока одного изкоторых подсоединены к одним, другого - к другим одноименным выводам для подключения их к трехфазной нагрузке, а между выводами

постоянного тока каждого из них включены полностью управляемые ключи с односторонней проводимостью, заключающийся в разбиении всего диапазона регулирования на две зоны: от нуля

- -J ТТТТГ ТТ . т«

flq Uq, и от Uq, до

4зи

ф, где Uq, - фазHOje напряжение питающей сети, и попеременном однократном или многократно переключении нагрузки в течение каждого интервала коммутации для первой зоны - между нулевым уровнем и фазным напряжением, для второй зоны - между фазным и линейным напря- же)ниями соответствующих фаз питающей сити, отличающийся тем, , с целью улучшения формы кривой тЬка нагрузки путем снижения коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя, вторую зону разбивают на две подзоны: от U до -JzUg,

и от 42Uq, до -JSUjp и при регулировании в первой подзоне указанные переключения выполняют на одной половине интервала коммутации до достижения в конце подзоны полного подключения нагрузки только к линейным напряжениям в течение этой половины интервала, а при регулировании во второй подзоне эти переключения выполняют на другой половине интервала

коммутации до достижения в конце иод- зоны полного подключения нагрузки только к линейным напряжениям в течение всего интервала коммутации.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Цель изобретения - улучшение формы кривой тока нагрузки путем снижения коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя. Устройство содержит три трехфазных моста 1-3 на полностью управляемых ключах переменного тока (4-9 для моста 1). Шестипроводная трехфазная нагрузка 10 - 12 подключена к выходам мостов 1 - 3. К одноименным выходам этих мостов подключены два трехцепевых короткозамыкателя 13, 15 в виде диодных мостов с ключами 14, 16 на выходе. Структурная организация преобразователя позволяет обеспечить на нагрузке четыре значения напряжения: 0,U_ф, √2U_ф, √3U_ф, где U_ф - фазное напряжение питающей сети. Суть способа заключается в реализации с помощью широтно-импульсного регулирования трех зон: 0-U_ф, U_ф-√2U_ф, √2U_ф-√3U_ф. 7 ил.

Фиг.2

Х

iff

«; J5

3

55 а а

г в

3

17 2,

Я П И Д И П Я П Я И П I,

Й

Г1ППППППППППППППППППППППП

а,

яе

о,

% я,

а

Ж

Ш.

Ш.

Ж

Ш

tit,

Ж

Д

Д

П1-I.

«№

niE-fa 1 ОгП1Ite

Ш.

Ш.

Ж

Д

П1-I.

ОгП1Ite

б(«5

п z,

Тч Z3

зх„

3XS

щ

J/5

3ft

ЗХ3 я

%

т п пппппппппп

1ППППППППППППППППППППППП.

ж

ж

HL

ж

1П

to t,tt in

I

ж

ts t,,

л

пп

jm

ж

HL

ж

ж

пп

jm

ЦШг.6

as- ,3f

o,t- 0,1W

0,95 1,1 V № 1,5 165

Фаг. 7

Ui