Способ управления трехфазным регулируемым мостовым инвертором Советский патент 1990 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано при управлении преобразователями частоты, питающими асинхронные корот- козамкнутые электродвигатели, и является дополнительным к авт. св. 1492434.

Цель изобретения - снижение потерь и увеличение надежности работы инвертора на повышенных выходных частотах.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы применительно к варианту пятикратного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора (, вариант нечетного N, при четных значениях N процесс регулирования инвертора осуществляется аналогично) ; на фиг. 2 - схема реализа- ции способа; на фиг. 3-5 - диаграммы, поясняющие работу схемы.

На верхних временных диаграммах (фиг. 1,а-е) изображены сигналы (импульсы) управления, поступающие на один из находящихся в проводящем состоянии вентилей катодной группы трехфазной мостовой схемы инвертора на тактовом интервале от 60 до 120 эл. град, и вызывающие на этом интервале его периодическое выключеСП С71

4Ь

О СО Јь.

I4J

ние на момент времени, равный длительности упомянутых импульсов управления . На нижних временных диаграммах (фиг. 1,а-е) представлены соответствующие участки кривой линейного выходного напряжения трехфазного инвертора.

Временные диаграммы, приведенные на фиг. 1,а, соответствуют начальной (минимальной) выходной частоте преобразователя F0. В этом случае тактовый интервал от 60 до 120 эл.град. разбит на пять отрезков равной длительности, равной 12 эл. град., внут- ри и посередине каждого из которых формируются управляющие импульсы проN-1 4 должительностью --- 12 -

9,6 эл.град. При этом местоположе- ния середин управляющих сигналов С и С2о , СЦ0 на первой половине тактового интервала, вычисляемые как

(1 + о«) соответственно ргш- ны 66 эл.град., 78 эл.град., и 90 эл.град. (в данном случае, при нечетном , третий по счету управляющий сигнал формируется в середине тактового интервала). На тактовом интервале от 240 до 300 эл.град. аналогичным образом вырабатываются сигналы на включение вентилей, местоположения центров включающих сигналов при этом равны соответственно 246,, 258 и 270 эл.град. На вторых полови- нах тактовых интервалов на всем диапазоне регулирования местоположения середин управляющих импульсов определяются симметрично.

Регулирование частоты выходного напряжения инвертора при рассматриваемом алгоритме управления осуществляется за счет постоянной поэтапной вариации продолжительностей цен- тральных на тактовых интервалах управляющих импульсов и длительностей пауз между импульсами на центральных участках тактовых интервалов СО-гра- дусных продолжительностей. На поддиапазонах регулирования, на которых в центрах тактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, продолжительност остальных сигналов управления не зависит от текущих значений выходной частоты инвертора и определяется из

i-1 соотношения ft 3NF 72i-T7 ГДе г

0

,.

с

0

0

5

количество формируемых сигналов управления на каждой половине тактовых интервалов, включая центральный сигнал. На поддиапазонах регулирования, на которых регулирование осуществляется за счет изменения продолжительности центральных пауз между импульсами управления, длительности сигналов управления А варьируют в зависимости от текущих значений выходной частоты в соответствии с выражением

а- ( -L) - Л 12iV F0N;

При анализируемом варианте связанного регулирования инвертора в диапазоне нечетного количества раз () на первом поддиапазоне регулирования изменение частоты (длительности периода) осуществляют путем изменения продолжительности центрального на полупериоде импульса управления при неизменной длительности остальных импульсов, равной начальной ft0

irl 2 1 3NF0 (2i-T) 3NF™5 75F Указан ный процесс продолжается до момента достижения выходной частотой инвертоi N(2;-l) pa значения F, F0 ))

5 (2-3-1) 25

0 2 3-7У -27з-1) ° К° тором длительность центрального сигнала уменьшается до нуля (отмеченный момент изображен на временных диаграммах на фиг. 1,6).

На следующем подынтервале регулирования продолжительности формируемых внутри тактовых интервалов четырех импульсов управления () изме1 Л няются в зависимости Л тгт(,- ) 24 (F 5F) ВПЛ°ТЬ А° Я°СТИ оо

жения выходной частотой преобразова н , N(2i-l) теля значения F,F0 2i-T)(2i+T)-2l

-- FQ, при котором центральная пауза уменьшается до нуля. Этот момент отображен на временных диаграммах, приведенных на фиг. 1,в. Дальнейшее повышение выходной частоты инвертора сопровождается последовательным изменением (уменьшением) длительности центрального на тактовом интервале сигнала управления при неизменной длительности других импульсов

управления, равной Л

2-1

i-1

3NFe(2i-l) Граница отмечен- 1

3-53 F0 45FU ного поддиапазона наблюдается в данном случае при величине выходной частоты инвертора, равной F4

- Н F 15

у 0 J 0

Характерной особенностью предлагаемого способа управления является вариация алгоритма формирования управляющих импульсов в процессе регулирования инвертора. Так, в диапазоне пониженных выходных частот преобразователя, при ,, абсолютные значения временных интервалов между центрами управляющих сигналов (не сбитая центральных сигналов) на половине каждого тактового интервала остаются неизменными. Относительные координаты местоположения середин 1-х, считая от начала тактовых интервалов, сигналов выключения и включения вентилей на первых половинах тактовых интервалов на пониженных частотах определяются соответственно как

сгЧ да И -

эл.град., на вторых половинах тактовых интервалов импульсы управления формируют симметрично. В диапазоне средних выходных частот преобраэова3NF0 3NF0 теля, при Ft ,

когда на каждой половине тактовых интервалов формируется по одному управляющему сигналу () с длитель1J ч

ностыо - p-jj), середины сигналов выключения и включения вентилей последовательно сдвигаются к середине тактовых интервалов, местоположения указанных середин определяются при этом соответственно из функциональных зависимостей С

,783 llTNFjs

4 7у- )

,2043 117NF«. (..---)

венно для F1:

,783 585F0 ч (Т F0 ЭЛ

585F,

7F

)

эл. град.

Временные диаграммы сигналов управления и линейного выходного напряжения инвертора, соответствующие диапазону средних выходных частот, представлены на фиг. 1,г.

Кривые, изображенные на фиг. 1,д, показывают форму импульсов управления и выходного напряжения преобразователя при выходной частоте

25 F 3F

5 го Jro

когда продолжительность

5

0

5

0

5

0

5

0

5

паузы между управляющими сигналами уменьшилась до нуля. Начиная с этого момента и до номинальной выходной частоты преобразователя , изменение (увеличение) частоты сопровождается изменением (уменьшением) длительности центрального на тактовом интервале управляющего импульса, осуществляемым в соответствии с зависимостью У 1- - JL- - I- - У-При этом из-за того, что на повышенных выходных частотах преобразовате3N

ля, при -г- F0 Ј F NF0 , на каждом тактовом интервале формируется вместо двух управляющих сигналов по одному сигналу, число коммутаций в силовой схеме инвертора на этом частотном диапазоне уменьшается вдвое с соответствующим уменьшением величины коммутационных потерь.

После уменьшения продолжительности V упомянутого управляющего сигнала до нуля, наблюдаемом при номинальной выходной частоте преобразователя

F0, выходное напряжение преобразователя достигает своего максимального значения (фиг. 1,е). Последующее увеличение выходной частоты инвертора производится при неизменной (максимальной) величине выходного напряжения, что соответствует режиму постоянства мощности применительно к частотно-регулируемому асинхронному электроприводу переменного тока.

Система управления выполнена по вертикальному принципу. Генератор развертывающего пилообразного напряжения устройства включает в свой состав интегратор 1, связанный с пороговыми узлами 2 и 3, фиксирующими моменты достижения напряжением интегратора 1 соответственно минимально

го и максимального пороговых значений. Узел 3, в свою очередь, состоит из источника опорного порогового напряжения 4 и компаратора 5. Выход узла 3 непосредственно, а блока 2 через дизъюнктор 6 подключены соответственно к R- и S-входам триггера 7, выход которого присоединен к коммутатору полярности напряжения 8, определяющему ход формирования выходной кривой интегратора 1. Выходной пилообразный сигнал интегратора 1 поступает на вход ,основного компаратора 9 системы управления.

Выходная частота преобразователя регулируется сигналом блока задания частоты 10 (линейное увеличение частоты при росте сигнала блока 10), который поступает на вход генератора тактовых импульсов 11, а также на входы порогового устройства 12 и функционального преобразователя 13. Источник опорного напряжения связан с минусовым входом сумматора 15 и, через ключи 16 и 17 и дизъюнктор 18, с вторым входом компаратора 9. На второй вход дизъюнктора 18 через ключ 19 поступает сигнал с выхода функционального преобразователя 13. Управление ключами 17 и 19 осуществляется сигналами с прямого и инверсного выходов порогового узла 12, а управление двухпозиционным ключем 16 - выходным сигналом счетного триггера 20, присоединенного к выходу порогового узла 3. Выход генератора тактовых импульсов 11 присоединен к четырехразрядному регистру 21, прямой и инверсный выходы младшего разряда которого связаны соответственно с тактовым входом триггера 7 и с дизъюнктором 6. Выходы трех старших разрядов регистра 21 подключены к соответствующим входам логическо го распределителя управляющих импульсов 22. Считается, что амплитуды сигналов блоков 1 и 10 U4 и U(0 согласованы по уровню, т.е. ,OMq

На фиг. 3 и 4 приведены временные диаграммы, иллюстрируюшие работу системы управления инвертором в диапазонах пониженных и повышенных выходных частот на 1/6 части периода, на фиг. 5 построены кривые, поясняющие ,ход процессов в системе для диапазо- на пятикратного связанного изменения частоты и величины напряжения преобразователя. Индексы сигналов, обо

0

5

значенных на фиг. 3-5, соответствуют номерам соответствующих узлов и блоков устройства на структурной схеме, изображенной на фиг. 2. Развертывающее пилообразное напряжение U,, интегратора 1 синхронизировано тактовыми импульсами с выходов младшего разряда регистра 21, принимающего за период выходной частоты инвертора 12 состояний, которые в цифровой форме записи могут быть последовательно выражены как 1000 1001, 0010, ООП, 000, 0001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 111. В компараторе 9 осуществляется на первой части диапазона регулирования сопоставление сигнала развертки с напряжением блока 13, которое производится вплоть до частоты

- 3N F - 15 F

i - ™ TO fкоторая фиксирует1 7 ° 7 ° ся пороговым блоком 12, его пороговое напряжение, выраженное в долях от начального значения U10 , при этом рав- 3N „ . 15

но

. 7 U OWO|1

-- 11

7 ию нас

В сис

5

теме при этом осуществляется двухсторонняя модуляция фронтов импульсов управления.

Функциональный преобразователь 13 реализует заранее рассчитанную для конкретного N зависимость между выходной частотой F (сигналом UTO ) и продолжительностями импульсов управ- ления. Выходной сигнал U19 для построен на фиг, 5.

При F F, после размыкания ключа 19 и замыкания ключа 17, напряжение U сравнивается, как показано на фиг. 4, на крайних частях тактовых интервалов с выходным сигналом U, сумматора 15, а в центре тактовых интервалов, при единичных состояниях счетного триггера 20, с напряжением и источника 14. Амплитуда сигнала U при этом находится из выражения UH итмак.Гз ич°на г Увеличение

частоты сопровождается при этом форсированным ростом напряжения U (кривая со стрелками на фиг. 4, а также характеристика увеличения U, ча фиг. 5) при неизменной амплитуде U 4 что достаточно быстро, при достижении выходной частотой значений

3N F F . F0 3F0 , приводит к тому,

что амплитуда сигнала на центральном участке тактового интервала становится меньше текущих значений U , Одновременно сигнал U15 начинает превышать амплитуду U,. На выходе компаратора 9 при U н формируется единичный сигнал и соответственно нулевой сигнал при U Ц При этом единичному выходному сигналу компаратора 9 соответствует интервал формирования импульсов кривой выходного напряжения инвертора, поэтому при в полуволне линейного выходного напряжения формируется по три импульса неизменной длительности, продолжительность паузы между кото- рыми уменьшается с ростом выходной части и достигает нулевого значения на номинальной выходной частоте F .

Таким образом,форсированный сдвиг

середин импульсов управления к центру тактовых интервалов,осуществляемый при управлении по предложенному способу в диапазоне частот

3NF0 „ 3NF0

-j- г --- , позволяет обеспечить внутри тактовых интервалов ускоренное сближение двух сигналов управления при повышении выходной ча- стоты и слияние их в один сигнал на

3NPV

5 нем частотном диапазоне работы 3NF0

образователя при F - , количест

- J

во коммутаций основных (в ентилей силовой схемы преобразователя уменьчастоте F2 -°- . При этом на верхшается примерно в два раза, что приводит к соответствующему уменьшению потерь на коммутацию. Сокращается также диапазон работы преобразователя при уменьшенных значениях межкоммутационных интервалов, что повышает .надежность работы преобразовательной системы в целом. Формула изобретения

Способ управления трехфазным регулируемым мостовым инвертором по авт. св. № 1492434, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь и увеличения надежности работы инвертора на повышенных выходных частотах в диапазоне частот от

3N3N

F, - F0 до FЈ Ј- FO, местоположения середин сигналов выключения и включения вентилей на участках 60- 90 эл. град, и 240-270 эл. град, определяют соответственно из функциото о нальных зависимостей С,( 117NF04 ,2043 j-) эл. град, и С,( Ц7№о

7F

) эл. град, на участках 90120 эл. град, и 270-300 эл. град, местоположения середин других сигналов определяют симметрично, а на частотах F F2 в середине тактовых интервалов формируют сигнал управления с продолжительностью fl , определяемой из функциональной зависимости

у-

6F 6NF0

фуг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении преобразователями для электропривода переменного тока. Целью изобретения является снижение потерь и увеличение надежности работы инвертора в области повышенных выходных частот. Способ управления базируется на алгоритме 180-градусного управления ключами трехфазного инвертора. Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя осуществляют за счет постоянной поэтапной вариации длительностей пауз между импульсами управления и замих управляющих импульсов на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. Для снижения количества коммутаций силовых вентилей в диапазоне частот от F₁ до F₂, где F₁ и F₂ определяются из соответствующих функциональных зависимостей, связывающих величину связанного диапазона регулирования частоты и выходного напряжения инвертора с начальной частотой, осуществляют форсированный сдвиг импульсов управления к серединам тактовых интервалов вплоть до их соединения. 5 ил.

%

U9 j

U21

%

и,

т х is

и

(jt и

Л0р12

Фиг4

Фиг.З

Щз