Способ управления непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1990 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь- зовано для управления преобразовате-. лями для питания частотно-управляемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей.

Цель изобретения - подавление низкочастотной модуляции выходного напряжения .

На фиг. 1 представлена функциональ ная схема устройства для реализации способа управления; на фиг. 2 - функциональная схема датчика знака отклонения уровня второй боковой частоты S спектре выходного напряжения преобра зователя; на фиг. 3 - временные диаг,- граммы- работы датчика знака отклонения; на фиг. 4 - временные диаграммы трехфазной несимметричной системы импульсов управления ключами преобразователя.

Сущность способа заключается в следующем.

В преобразователе частоты с непосредственной связью, построенном по трехфазно-однофазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выходное напряжение формируется ня :- зно стной частоте Л -Ц где Л и .со - ; соответственно частоты управляющих /импульсов и сети. При появлении несимметрии в трехфазной системе сетевых напряжений, в схеме преобразоваСП

( ( CD СП 4

5

теля или в системе сетевых напряжений, в схеме преобразователя или в системе управляющих импульсов в выходном напряжении появляется составляющая второй боковой частоты w (зеркальная составляющая), вызывающая совместно с гармоникой частоты 51-W биения - низкочастотную модуляцию :выходного напряжения. Введением допол- д (нительной несимметрии в систему уп- равляюпр1х импульсов эту составляющую модно подавить. Такой способ является наиболее эффективным, т.к. частоты Sl-oJ и Л+ л различаются незначительно 5 и применением резонансных фильтров эту эадачу решить не удается. Однако введение несимметрии в систему импульсов управления из условия полного подавления второй боковой частоты 20 предполагает различные фазовые сдвиги в двух или трех фаз управляющих импульсов относительно первой. Так как в общем случае несимметрйи в питающей сети ив схеме преобразователя величи-25 ны этих фазовых сдвигов неизвестны, то подавление второй боковой частоты. в выходном напряжении преобразователя осуществляется путем поочередного

сдвига УПраВЛЯЮПЩХ импульсов двух из JQ

трех фаз управления. При этом каждый сдвиг необходимо выполнять до достижения минимального значения этой составляющей в выходном спектре.

Осзпцествление способа поясняется с помощью устройства, приведенного на фиг. 1.

Непосредственный преобразователь 1 частоты питается от трехфазной сети А,В,С с нулевым проводом и построен, .Q например, по трехфазно-однофазной нулевой схеме на полностью управляе- мьк ключах 2,3,4 с двусторонней проводимостью. Параллельно нагрузке 5 родключен резонансный фильтр 6, на- 45 строенный на частоту Я-Ш, выход которого подключен к входу датчика 7 знака производной огибающей. Выход датчика 7 подключен к одному из входов элемента И 8, к другому входу которого 50 подключен выход генератора 9 импульсов сдвига. Выход элемента 8 соединен со счетным входом счетчика 10. Разрядные выходы счетчика 10 подключены к входам дешифратора 11. Вьссоды 12/сс 15 дешифратора 11 подключены к первьп-i входам элементов 16 - 19, к вторым . . входам которых подключен выход генератора 9, Выход элементов 16,18 под35

д 5 0 5

Q

.Q 45 0с

5

ключен к суммирующим входам элементов 17,19 - к вычитаюпшм входам 20, 21, 22 и 23 реверсивных счетчиков 24 и 25. Разрядные выходы счетчиков 24,.. 25 подключены к первым входам элементов 26,27 сравнения кодов, к другим входам которых подключены разрядные выходы двоичных счетчиков 28, 29. Счетные входы 30, 31 этих счетчиков соединены с выходами элементов 32,33, с первыми входами которых соединены единичные выходы 34,35 триггеров 36, 37, а с вторыми - выходы высокочастотного генератора 38. Выходы элементов 26,27 подключены к входам 39,40 установки нуля счетчиков 28,29 и на R-выходы 41, 42 триггеров 36,37 соответственно. S-входы 43,44 этих триггеров подключены к двум из трех вьпсо- дов 45,46,47 распределителя 48 импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора 49. Нулевые вьпсоды 50,51 триггеров 36,37 подсоединены к первым и вторым входам 52 и 53 фазового сдвига блока 54 элементов Запрет и блока 55 элементов 1ШИ, трехфазный вход блока 54 подключен к выходам 45,46,47 распределителя 48, а выходы 56,57,58 блока 54 - к трехфазному входу блока 55, фазные выходы К2, КЗ, К4 которого использованы для управления ключами 2,3,4 преобразователя 1.

На фиг. 2 приведена функциональная схема датчика 7 знака производной огибающей, подключенного между выходом резонансного фильтра 6 и одним из входов элемента 8. Датчик 7 представляв собой последовательное соединение преобразователя 59 уровня второй боковой частоты в постоянное напря-- жение, дифференцирующего усилителя 60 и нуль-органа 61.

Принцип работы схемы (фиг. 1) заключается в следующем.

Пусть в результате наличия несимметрии в трехфазной системе питающих напряжений А,В,С в схеме преобразователя или системе управляющих импульсов появляется составляющая второй боковой частоты Я+ cu в спектре выходного напряжения на нагрузке 5 преобразователя 1, собранного на полностью управляемых ключах 2 - 4 с двусторонней проводимостью. Пусть также уровень этой составляющей возрастает. Резо- нансньй фильтр 6 вьщеляет гармонику этой составляющей на частоте fl+w. .

Датчик 7 формирует на выходе единичный потенциал, который разрешает прохождение через элемент 8 импульса с выхода генератора 9 на счетный вход двоичного счетчика 10. Пусть в исходном состоянии счетчик 10 был обнулен. Тогда этим импульсом в счетчике 10 запишется код 1, который задает первый из заданных режимов, появляется на разрядных выходах счетчика и подается на вход дешифратора 11. При этом единичный уровень появится на выходе 12 дешифратора 11 и разрешит прохождение через элемент 16 импульса с выхода генератора 9 на суммирующий вход 20 реверсивного счетчика 24. В счетчике 24 к полученному от предыдущего цикла работы коду также доба- вится единица. Пусть триггер 36 в предыдущем цикле работы установился в нулевое состояние, т.е. на его единичном вькоде 34 действует запрещаю- Щк нулевой потенциал. Тогда импульсы

1599954

10

вать. Триггер 37 остается в прежне нулевом состоянии, и на его нулево выходе 51 действует единичный уров который поступает на входы 53 блок 54 и 55.

В момент t с вькода 46 распред лителя 48 на единичный вход 43 три гера 36 поступает опрокидывающий по тенциал и устанавливает триггер 36 в единичное состояние . На нулевом выходе 50 появляется нулевой, на ед ничном 34 - единичный потенциалы. Н левой потенциал подается на входы 5 15 блцков 54,55, единичный потенциал о крывает элемент 32, через который и пульсы от генератора 38 начинают по ступать на вход 30 счетчика 28. Сче чик 28 набирает код. Когда код в счетчике 28 сравняется с кодом в сч чике 24, элемент 26 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 39 счетчика 28 и обнуляет е а также по входу 41 триггера 36 уст

20

, , .«,«„. лАЧУЛ.. fyj.jf.y Ч- I 1 JJWJ. 1 у

от высокочастотного генератора 38 не 25 навливает его в О. На выходе 34

R vrnm / гтттт - - - f г

будут проходить через элемент 32 на счетный вход 30 двоичного счетчика 28 В счетчике 28 будет записан код О и, так как коды в реверсивном счеттриггера, 36 появляется запрещающий нулевой потенциал, который запирает элемент 32, и импульсы от генератор 38 прекращают поступать на вход 30

„, г-i-v.,. JO прекращают поступать на вход 30

чике 24 и двоичном счетчике 28 не раз-зо счетчика 28. В счетчике 28 остается

НЫ, то на ВЫХОПе Я.ПРМРНта 9Л T nn-rirm ,.. .- .,

35

НЫ, то на выходе элемента 26 импульсы будут отсутствовать. Триггер 36 остается в прежнем нулевом состоянии и на его нулевом выходе 50 действует единичный уровень, который поступает на входы 52 блоков 54 и 55 (интервал 0-t на фиг. 4). .

Ранее бьшо указано, что на выходе. 12 дешифратора 11 появился единичный потенциал. При этом на выходах 13- .ц 15 дешифратора действуют нулевые потенциалы, которые запирают элементы 17 - 19 и не пропускают импульсы ге- .нератора 9 на входы 21,22,28 счетчи- |Ков 24,25. Пусть в реверсивном счетчике 25 находится какой-то код, определяемый предьщущим циклом работы схемы. Пусть также триггер 37 в пре- дьиущем цикле работы установился в нулевое состояние, т.е. на его единичном выходе 35 действует запрещающий нулевой потенциал. Тогда импульсы от генератора 38 не будут проходить через элемент 33 на счетньй вход 31 двоичного счетчика 29. В счетчике 29 . будет записан код О, и так как коды в реверсивном счетчике 25 и двоичном счетчике 29 не равны, то на выходе , элемента 27 импульсы будут отсутствонулевой код. На выходе 50 триггера 36, т.е. на входах 52 блоков 54,55, появляется единичный уровень (момен

t на фиг. 4).

Так как при записанном в счетчике 10 коде 1, задающем первый режим управления, в реверсивный счетчик 24 добавлена 1, то совпадение кодов в счетчиках 24 и 28 происходит позже по сравнению с предыдувщм состоянием т.е. длительность интервала t,-t возрастает.

В момент t J (фиг. 4) с выхода 47 распределителя 48 на вход 44 тригге- 45 Ра 37 поступает опрокидывающий потен циат и устанавливает триггер 37 в ед ничное состояние. На выходе 51 появл ется нулевой, на выходе 35 - единичный потенциал. Нулевой потенциал по- 50 дается на входы 53 блоков 54, 55, единичный потенциал открьшает эле- мент 33, через который импульсы от генератора 38. начинают поступать на вход 31 счетчика 29. Счетчик 29 набирает код, Когда код в счетчике 29 сравняется с кодом в счетчике 25, элемент 27 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 40 счетчика 29 и обнуляет его, а также

55

д . .

1599954

0

вать. Триггер 37 остается в прежнем. нулевом состоянии, и на его нулевом выходе 51 действует единичный уровень, который поступает на входы 53 блоков 54 и 55.

В момент t с вькода 46 распреде- лителя 48 на единичный вход 43 триггера 36 поступает опрокидывающий по- тенциал и устанавливает триггер 36 в единичное состояние . На нулевом выходе 50 появляется нулевой, на единичном 34 - единичный потенциалы. Нулевой потенциал подается на входы 52- 5 блцков 54,55, единичный потенциал открывает элемент 32, через который импульсы от генератора 38 начинают поступать на вход 30 счетчика 28. Счетчик 28 набирает код. Когда код в счетчике 28 сравняется с кодом в счетчике 24, элемент 26 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 39 счетчика 28 и обнуляет его, а также по входу 41 триггера 36 уста0

лАЧУЛ.. fyj.jf.y Ч- I 1 JJWJ. 1 у

5 навливает его в О. На выходе 34

навливает его в О. На выходе 34

триггера, 36 появляется запрещающий нулевой потенциал, который запирает элемент 32, и импульсы от генератора 38 прекращают поступать на вход 30

JO прекращают поступать на вход 30

счетчика 28. В счетчике 28 остается

зо счетчика 28. В счетчике 28 остается

.- .,

35

.ц

нулевой код. На выходе 50 триггера 36, т.е. на входах 52 блоков 54,55, появляется единичный уровень (момент

t на фиг. 4).

Так как при записанном в счетчике 10 коде 1, задающем первый режим управления, в реверсивный счетчик 24 добавлена 1, то совпадение кодов в счетчиках 24 и 28 происходит позже по сравнению с предыдувщм состоянием, т.е. длительность интервала t,-t возрастает.

В момент t J (фиг. 4) с выхода 47 распределителя 48 на вход 44 тригге- 45 Ра 37 поступает опрокидывающий потен- циат и устанавливает триггер 37 в единичное состояние. На выходе 51 появляется нулевой, на выходе 35 - единичный потенциал. Нулевой потенциал по- 50 дается на входы 53 блоков 54, 55, единичный потенциал открьшает эле- мент 33, через который импульсы от генератора 38. начинают поступать на вход 31 счетчика 29. Счетчик 29 набирает код, Когда код в счетчике 29 сравняется с кодом в счетчике 25, элемент 27 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 40 счетчика 29 и обнуляет его, а также

5

по входу 42 триггера 37 устанавливает его в нуль. На выходе 35 триггера 37 появляется запрещаю ций нулевой потенциал, который запирает элемент 33, и импульсы от генератора 38 прекращают поступать на вход 31 счетчика 29, В счетчике 29 остается нулевой код. На выходе 51 триггера 37, т.е. на входах 53 блоков 54, 55, появляется единичный уровень (момент t на фиг. 4).

Так как при записанном в счетчике 10 коде 1, задающем п ервый режим управления, в реверсивном счетчике 25 код не изменился, то совпадение кодов в счетчиках 25 и 29 происходит спустя тот же, что и на предыдущем периоде управления, интервал времени , т.е. длительность интервала ° тается прежней.

Нулевые импульсы на интервале по входу 52 вычитаются в блоке 54 из импульсов на выходе 46 распределителя 48, а импульсы на интервале из импульсов на выходе 47 распределителя 48 (диаграммы 56 - 58, фиг. 4). В блоке 55 импульсы на интервале положительной полярности суммируются с импульсами на вькоде 45, а импуль- сы на интервале tj-t - с импульсами на выходе 46 распределителя 48. В результате на выходах К2-К4 блока 55 (диаграммы К2-К4, фиг, 4) образуется несимметричная система импульсов упt,-t

tf

равления, в которой длительность импульсов управления для первой по очередности работы фазы (ключ 2) увеличилась, а для второй (ключ 3) - умень шилась по сравнению с предыдущим пери одом управления.

Пусть в результате введенной несимметрии уровень второй боковой частоты на выходы преобразователя понидет уменьшаться. Пусть в результате работы по первому режиму на следующем периоде управления уровень второй боковой частоты на выходе преобразователя возрос. Тогда датчик 7 формирует вновь единичный потен1щал и элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 один импульс. В счетчике записьшается код 2, задаюпо й второй режим управления В результате единичный уровень появится на выходе 13 дешифратора 11 и чет рез элемент 17 пройдет импульс от генератора 9, но уже на вычитающий вход 21 реверсивного счетчика 24. В счетчике будет вычтена 1. Триггер 36, находящийся в нулевом состоянии, в момент времени ti опрокицется в 1 потенциалом с выхода 46 распределителя 48. Единичный потенциал с выхода 34 открывает элемент 32, и счетчик 28 по входу 30 от импульсов, генератора 38 будет набирать код. Так как в реверсивном счетчике 24 код стал на 1 меньше, то равенство кодов в счетчиках 28 и 24 наступит раньше момента t и, следовательно, интервал (фиг. 4) уменьшится, т.е. в импульсы управления К2-К4 по входу 52 будет введена меньшая несимметрия, чем в предыдущем цикле. Что касается несимметрии по входу 53, то она останется прежней, так как код . в ревер сивном счетчике 25 не изменился и равенство кодов в счетчиках 29 и 25 наступит в тот же момент вре- мени t ц.

Пусть в результате введенной несимметрии уровень второй боковой частоты на выходе преобразователя понизился. Тогда датчик 7 формирует нулевой потенциал и элемент 8 не пропускает на вход счетчика 10 импульсы от генератора,9. В счетчике 10 остается

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями в частотно регулируемом приводе. Цель изобретения - подавление низкочастотной модуляции выходного напряжения путем снижения уровня второй боковой частоты в спектре выходного напряжения, вызываемой несимметрией в схеме преобразователя и системе управляющих импульсов. Преобразователь, для управления которым предназначен способ, построен по трехфазно-однофазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью. Способ заключается в поочередном сдвиге управляющих импульсов двух из трех фаз. При этом каждый сдвиг выполняют до достижения минимального значения составляющей второй боковой частоты в спектре выходного напряжения преобразователя. 4 ил.

зился. Тогда датчик 7 формирует нуле- 5 прежний код 2, и на новом периоде

вой потенциал и элемент 8 не пропуска ет на вход счетчика 10 импульсы от генератора 9. В счетчикг 10 остается прежний код 1, и на новом периоде управления в счетчик 24 добавится еще ;.. одна 1. В результате интервал t ,-ti вновь возрастает. Интервал t3-t4 остается прежним.

Такое увеличение длительности импульсов для ключа 2 и уменьшение длительности импульсов для ключа 3 будет происходить до тех пор, пока уровень второй боковой частоты в спектре вы- .; ходного напряжения преобразователя

55

управления из счетчика 24 вычтется . еще одна 1. В результате интервал t f-t снова уменьшится. Интервал

останется прежним. Такое уменьшение длительности импульсов для ключа 2 и увеличение дли тельности импульсов для ключа 3 буде происходить до тех пор, пока уровень второй боковой уастоты в спектре выходного напряжения преобразователя будет уменьшаться. Пусть в резул1 та- те работы по второму режиму на следующем периоде управления уровень второй частоты на выходе преобразова

прежний код 2, и на новом периоде

управления из счетчика 24 вычтется . еще одна 1. В результате интервал t f-t снова уменьшится. Интервал

останется прежним. Такое уменьшение длительности импульсов для ключа 2 и увеличение длительности импульсов для ключа 3 будет происходить до тех пор, пока уровень- второй боковой уастоты в спектре выходного напряжения преобразователя будет уменьшаться. Пусть в резул1 та- те работы по второму режиму на следующем периоде управления уровень второй частоты на выходе преобразователя возрос. Тогда датчик 7 вновь формирует единичный потенциал и элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 еще один импульс. В счетчике запи- сьшается код 3, задающий третий режим управления. В результате единичный уровень появится на выходе 14 дешифратора 11 и теперь откроется элемент 18, пропуская на суммирующий |Q вход 22 реверсивного счетчика 25 импульс от генератора 9. Код в счетчике 25 увеличится на 1. Триггер 37, как было указано, находится в нулевом состоянии и запрещаюпдий нулевой 5 потенциал на его выходе 35 не пропус- кает импульсы от генератора 38 на вход 31 счетчика 29. В момент t, триггер 37 опрокидывается и на счетчик 29 начинают поступать импульсы. 20 Счетчик набирает код. Так как в счетчике 25 теперь код на 1 больше, то совпадение кодов в счетчиках 29 и 25 произойдет позже и, следовательно, большая несимметрия в систему 25 управляюпщх импульсов К2-К4 будет введена по входу 53. При этом несимметрия по входу 52 останется неизменной.

Функциональная схема датчика знака производной может быть построена, например, по фиг. 2. Здесь уровень сигнала переменного тока частоты Л- WHa выходе резонансного ф1-шьтра 6

Пусть в результате последнего фазо-30 преобразуется в пропорциональное пового сдвига уровень второй боковой частоты на.выходе преобразователя уменьшится. Тогда датчик 7 знака отклонения нулевым уровнем на своем вькоде запирает элемент 8. В счетчике 10 останется прежний код 3, по- прежнему на выходе 14 дешифратора будет действовать единичный уровень, будет открытым элемент 18 и по суммирующему входу 22 в счетчик 25 доба- витсй еще одна 1. В результате, как было рассмотрено ранее, интервал

tj-t j (фиг. 4) снова возрастает.

I, . ,

Так будет продолжаться до тех пор, пока дальнейшее увеличение несиммет- рйи по входам 53 блоков 54,55 не вызовет возрастания уровня второй боковой частоты на выходе преобразов :теля, Тогда датчик 7 формирует единичный потенциал, элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 импульс и счетчик переходит в нулевое состояние, задающее четвертый режим управления, В результате единичный потенциал появится на выходе 15 дешифратора 11, откроется элемент 19 и по вычитающему входу 23 импульсом генератора 9 из кода в счетчике 25 вычтется 1.

35

40

45

50

55

стоянное напряжение в преобразовате- .ле 59. На фиг. 3 диаграьЫа 59 показывает напряжение на выходе преобразователя 59, когда огибающая сигнала второй боковой частоты на выходе фильтра 6 имеет, например, синусоидальную форму. Дифференцируюпщй усилитель 60 формирует сигнал, пропорциональный первой производной сигнала 59, а нуль-орган 61 - прямоугольный сигнал, единичный уровень которого соответствует возрастанию уровня второй боковой частоты, а нулевой - его спаду.

Использование способа управления непосредственным преобразователем частоты позволяет подавить низкочастотную модуляцию выходного йапря- жения.

Формула изобретения

Способ управления непосредствен- ным преобразователем частоты, выпол- ненным на полностью отравляемых ключах с двусторонней проводимостью. Заключающийся в том,, что формируют трехфазную несимметричную систему прямоугольных и fflyльcoв управленил

|Q5 2025

Следовательно, новое совпадение кодов в счетчиках 29 и 25 произойдет раньше,

интервал уменьшится. Если при этом уровень второй боковой частоты уменьшится, то по изложенному алгоритму из кода в счетчике 25 вычтется еще одна единица, что приведет к далнейшему уменьшению интервала .. Так будет продолжаться до тех пор, пока уровень второй боковой частоты вновь не возрастет.

Далее по рассмотренному порядку работы схема перейдет вновь в первый режим управления и т.д.

Таким образом, добиваясь минимума уровня второй боковой частоты на выходе преобразователя путем поочередного уменьшения или увеличения дли- : тельности интервала t,-t по входу 52 или интервала по входу 53, удается практически подавить низкочастотную модуляцию выходного напряжения преобразователя.

Функциональная схема датчика знака производной может быть построена, например, по фиг. 2. Здесь уровень сигнала переменного тока частоты Л- WHa выходе резонансного ф1-шьтра 6

преобразуется в пропорциональное по

стоянное напряжение в преобразовате- .ле 59. На фиг. 3 диаграьЫа 59 показывает напряжение на выходе преобразователя 59, когда огибающая сигнала второй боковой частоты на выходе фильтра 6 имеет, например, синусоидальную форму. Дифференцируюпщй усилитель 60 формирует сигнал, пропорциональный первой производной сигнала 59, а нуль-орган 61 - прямоугольный сигнал, единичный уровень которого соответствует возрастанию уровня второй боковой частоты, а нулевой - его спаду.

Использование способа управления непосредственным преобразователем частоты позволяет подавить низкочастотную модуляцию выходного йапря- жения.

Формула изобретения

Способ управления непосредствен- ным преобразователем частоты, выпол- ненным на полностью отравляемых ключах с двусторонней проводимостью. Заключающийся в том,, что формируют трехфазную несимметричную систему прямоугольных и fflyльcoв управленил

заданной длительности, число которых равно числу фаз, начало импульса управления ключом в последующей фазе совпадает с концом импульса управления ключом в предыдущей фазе, очередность фаз определяется фазовым сдвигом между ними, отличающий- с я тем, что, с целью подавления низкочастотной модулящга выходного напряжения, задают четьфе режима уп- равления ключами преобразователя, вьщеляют вторую боковую частоту в спектре выходного напряжения и ее огибающую, на каждом периоде управления определяют знак производной огибающей и при положительном знаке производной устанавливают первый из заданных режимов управления, при котором увеличивают длительность импульсов управления для первой и уменьшают для второй по очередности работы фаз, и если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, если знак производной остается Положительным, то пере- ,ходят к второму режиму при

уменьшают длительность импульсов управления для первой и увеличивают для второй по очередности рабЬты. фазы, если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, если знак производной остается положительным, то переходят к

третьему режиму, при котором увели- чивают длительность импульсов управ- ,ления для второй и уменьшают для третьей фазы, и если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, если знак производной остается положительным, то переходят к четвертому режиму, при котором уменьшают длительность импульсов управления для второй и увеличивают для третьей по очередности работы фазы, если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, а если знак произ- , водной остается положительным, то повторяют указанный цикл работы, начиная с первого режима.