Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью Советский патент 1991 года по МПК H02M5/27 

изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты, предназначенных например, для частотного управления электроприводами или для автономных систем электропитания.

Цель изобретения - улучшение гармонического состава кривой выходного напряжения преобразователя путем подавления ближайших к основной высших гармоник.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя частоты с непосредственной связью, для управления которым предназначено устройство; на фиг. 2 - функциональная схема предлагаемого устройства управления; на

фиг. 3, 4 - временные диаграммы импульсов, поясняющие работу устройства.

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит полностью управляемые ключи 1-6 с двусторонней проводимостью, образующие двухтактную схему, вход которой подключен к фазам А, В, С трехфазной питающей сети, а выход - к нагрузке 7.

Устройство для управления преобразователем содержит последовательно соединенные задающий генератор 8, основной распределитель 9 импульсов и логический блок 10. Задающий генератор 8 вырабатывает на выходе последовательность коротких импульсов (эпюра 8 на фиг 4), которые поступают на вход распределителя 9, на выходах которого формируются шесть послео

xj VI 00

со

довательностей прямоугольных импульсов Yi.i-Ye.1 (фиг. 4) длительностью 60 эл.град., сдвинутых между собой на 60 эл.град. и следующих с частотой управления Q. Эти импульсы поступают на вход логического блока 10. К выходу задающего генератора 8 подключены также входы трех цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных блоков 11-13 фазового сдвига и дополнительных распределителей 14-16 импульсов. Входы блоков 11-13 соединены между собой и подключены к выходу задающего генератора 8. На выходах Yi.2-Y6.2, Yi.3-Ye.3, Yi.4-Ye.4 распределителей 14-16 формируются для каждого шесть последовательностей прямоугольных импульсов, идентичных импульсам Yi.i-Ye.i, но сдвинутых относительно последних на 26, 36 и 52 эл. град, соответственно. Выходы распределителей 14-16 соединены с входами блока 10. В устройство входят также высокочастотный генератор 17 пилообразного напряжения и два компаратора 18 и 19. Первые входы компараторов 18,19 подключены к источникам опорного напряжения Uoni, Uon2, вторые соединены между собой и подключены к выходу генератора 17. Выходы XL XL X2, Ха - компараторов 18, 19 подсоединены к входам блока 10. На выходах К1-К6 блока 10 формируются импульсы управления ключами 1-6 преобразователя.

Обозначения временных диаграмм на фиг. 3-5 соответствуют обозначениям узлов на фиг. 2, Обозначение эпюры выходного напряжения преобразователя на нагрузке 7 по фиг. 5 соответствует обозначению нагрузки по фиг. 1,

Устройство работает следующим образом.

При управлении ключами 1-6 преобразователя с помощью импульсов управления, соответствующих временным диаграммам Yi.i-Ye.i (фиг. 4), на нагрузке 7 формируется кривая выходного напряжения, ближайшие к основной гармоники в которой имеют частоты co-f 5Q и о) - 7Q. Если управлять ключами с помощью импульсов, соответствующих временным диаграммам Yi.2-Ye.2 (фиг. 4), т.е. сдвинутых относительно импульсов Yi.i-Ye.1 на 26 эл.град., то кривая выходного напряжения преобразователя имеет такой же гармонический состав, как и для импульсов Yi.i-Ye.1t но сдвинута на 26 эл.град. При этом гармонические составляющие частоты (1) + 7 Q этих кривых оказываются сдвинутыми на 180 эл.гард и при суммировании компенсируются. Если осуществлять управление с помощью импульсов, соответствующих временным диаграммам Yi.3-Ye.3 (фиг. 4), т.е. сдвинутых относительно импульсов Yi.i-Ye.i на 36 эл.град, то кривая выходного напряжения будет также сдвинута на 36 эл.град. относительно кривой, соответствующей импульсам Yi.i-Ye.i. При этом гармонические составляющие частоты O) + 5Q этих кривых оказываются также сдвинутыми на 180 эл.град. и при суммировании компенсируются. Ксли осуществлять управление с помощью импульсов, соответствующих временным диаграммам Yi.3-Ye.3 (фиг. 4), т.е. сдвинутых относительно импульсов Yi.i-Ye.i на 36 эл.град, то кривая выходного

напряжения будет также сдвинута на 36 эл.град. относительно кривой, соответствующей импульсам YI.I-YS.I. При этом гармонические составляющие частоты и-1-5Йэтих кривых оказываются также сдвинутыми на

180 эл.град и при суммировании компенсируются. Если реализовать управление импульсами, соответствующими временным диаграммам Yi.i-Ye.4 (фиг. 4), т.е. сдвинутыми относительно импульсов Yi.i-Ye.i на

суммарный угол 26+36 62 эл.град., то удается сформировать две кривые выходного напряжения, в которых подавлены гармоники частоты «У + 5 Фили частоты а - 7 Q . При суммировании этих кривых в результирующей кривой отсутствуют гармоники обеих указанных частот.

Указанное эквивалентное суммирование возможно в преобразователе, показанном на фиг. 1, только при использовании

широтно-импульсной модуляции(ШИМ)так, чтобы интервалы проводимости ключей 1-6 не вызывали коротких замыканий питающей сети. При этом устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 8 формирует импульсы неизменной или регулируемой частоты, равной 6Q . Эти импульсы непосредственно поступают на распределитель 9 и через блоки 11-13 - на распределители 14-16. В результате на входы блока 10 поступают четыре группы последовательностей прямоугольных импульсов длительностью 60 эл.град, следующих с частотой управления Q и соответствующих временным диаграммам Yi.i-Ye.i, Yi.2-Ye.2, Yi.s-ve.s. Yi.4-Ye.4, фазовые сдвиги которых равны 0; 26,36 и 62 эл.град., соответственно. Высокочастотный генератор 17 формирует линейно нарастающее пилообразное напряжение высокой частоты, которое поступает на один из входов компараторов 18,19, на другой вход компаратора 18 подается постоянное опорное напряжение Uoni, уровень которого равен 1/4 амплитуды пилообразного напряжения. На

другой вход компаратора 19 подается постоянное опорное напряжение Uoni- уровень которого равен 3/4 амплитуды пилообразного напряженид. В результате сравнения на выходах XL Xi компаратора 18 появляются прямоугольные импульсы со скважностью 1 /4, а на выходах Х2, Х2 - прямоугольные импульсы со скважностью 3/4. Эти импульсы также подаются на логический блок 10. Пилообразное напряжение на выходе генератора 17, а также импульсы Xi, XL Х2, Х2 и импульсы -Х2 показаны на временной диаграмме фиг. 3.

Логический блок 10 формируетуправ ля- ющие сигналы К1-К6 (фиг. 5) для ключей 1-6 схемы фиг. 1 в соответствии со следующими логическими выражениями:

.5+Y2.5:

К2 Y3.5+Y4.5,

,5+Y6,5;

,5+Y5,5:

,5+Yi,5;

.5+Y3.5;

VIivMY« i7..iY..4)(3y-.iir . Y....H iv..

,.,VX,Y,.rV,.%;

- YJ.JS VY«. 7H + .fY,j + V, .(Y,,-,.,,,) I г..1 Yi. J

Y,.,l47,r,.tir,l«rJYl.liYli1Y,..4.YJ.,+VY,.lYt,.|

,1Y,.,.,Y..;

,.,).Y«+ Y, ,).YMY..

4-XjY.,, r..,,Y,,,Yv.,

4,,-- «Л, .Y,.,-7JҐ;,YI,4. X ,Y, ,(Y,.,+ Y, ,)+J,Y,,V,+ . Л, Y,,,,

Y,.f --, V, Y, i Л.Л., +У, Y. .(Y,., Y.V.,J)- X,Y.., V,.4+ +M.VVI T.Y... Y..k;

гдеХз Х1-Х2

Такое построение блока обеспечивает формирование широтко-модулированных импульсов управления ключами преобразо- взтеля.

Анализ кривой выходного напряжения преобразователя показывает, что при этом кривая не содержит ближайших к основной гармоник с частотами u + 5Q и со - 7Q Таким образом, устройство позволяет улучшить гармонический состав кривой выходного напряжения путем подавления ближайших к основной гармоник с частотами (О + 5Й иш-1Q.

Устройство управления позволяет улучшить технико-экономические показатели преобразователя частоты. Улучшение гармонического состава кривой выходного напряжения приводит к снижению коэффициента гармоник по току и, следовательно, к уменьшению потерь от высших гармоник в нагрузке, например, в асинхронных электродвигателях.

5 0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью, построенным по трехфазной двухтактной схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней i проводимостью, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, основной распределитель импульсов и логический блок, выходы которого использованы как выходы устройства, высокочастотный генератор пилообразного напряжения и два компаратора, первые входы которых подключены к источникам опорного напряжения, вторые подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, выходы компараторов подключены к входам логического блока, о т-, личающееся тем, что, с целью улучшения гармонического состава кривой выходного напряжения путем подавления ближайших к основной высших гармоник, оно снабжено тремя каналами, каждый из которых состоит из блока фазового сдвига на 26, 36 и 62 эл.град. соответственно и дополнительного распределителя импульсов, логический блок снабжен дополнительными входами, причем входы всех блоков фазового сдвига соединены с выходом задающего генератора, в каждом канале выход блока фазового сдвига подключен к входу дополнительного распределителя импульсов, выходы дополнительных распределителей импульсов подключены к дополнительным входам логического блока, структура которого описана уравнениями

,5/Y2.5, .5 Y4.5 .5lfY6.5 .,5. .5 vYi.5 .5 / Y3.5,

где Ki-Ke - сигналы на выходах логического блока;

Yi.i-Yi.e-сигналы на выходах основного распределителя импульсов;

Yi.2-Ye.2; Yi.3-Ye.3; Yi.4-Ye.4 - сигналы на выходах дополнительных распределителей импульсов;

Xi. X2 - сигналы на выходах компараторов.

В

K1

изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управле- ния преобразователями в системах электропривода. Цель изобретения - улучшение гармонического состава кривой выходного напряжения путем подавления ближайших к основной высших гармоник. Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический блок, высокочастотный генератор пилообразного напряжения и компараторы, первые входы которых подключены к источникам опорного напряжения, вторые входы соединены между собой и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, а выходы подключены к входам логического блока, три канала, состоящих из последовательно соединенных блока фазового сдвига и распределителя импульсов. Входы блоков фазового сдвига соединены между собой и с выходом задающего генератора, а выходы распределителей импульсов подключены к входам логического блока. 4 ил

;: /5

У7

Јf

15

LЈJ

Xg

Фиг. 2

t/мг

Jff

Гг

1И11 11ютпппппптпппппттппппппптппппппп t

Фис.З

v« «

t

КЗ

J

jcs