И;;оПр;5го:1ие относится к злектротехми- .. :: г-:е::-:в Si-гм- н(;пользо;зп о при управле- |: « у; ируемымг( преобразователями, -хпдищмл.м г, cooTsn систем асинхронного :;лёк фоп|.лЈпдб.
Дйль илобретения - повышение степе И )..:;УГ.-|ОрНССП1 ХОДИ рЙГУЛИрОВОЧНОй ХЗ
чйп орястпкм праоорязсйателя и улучшение пп; ;:;ральногп соог. ire выходного папряжсм мя Б области повышенных выходных частот.
На фиг, 1 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие способ управления применительно к диапазону прятикратного регулирования частоты и величины выходного напряжения прзобра- зойателл (); ма фиг. 2 - кривые изменения относительной продолжительности
тактовых подинтервалов; на фиг. 3 - функциональная схема системы управления, реализующей описанный способ; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие принцип ее работы: на фиг, 5 - структура логического блока системы управления.
На временной диаграмме, построенной на фиг. 1а и соответствующей начальной (минимальной,) выходной .частоте преобразователя FO, показаны сигналы (импульсы) управления Uy, поступающие на один из находящихся в проводящем состоянии вентилей катодной группы трехфазной мостовой схемы инвертора на тактовом интервале от 60 до 120 зл. град, и вызывающие на этом интервале его периодическое запирание. Ниже приведен соответствующий участок кривой линейного выходного напряжения преобразователя Увых. В данном случае тактовый интервал от 60 до 120 эл. град, разбит на 5 тактовых подинтервалов одинаковой длительности го , равной 12 эл. град., внутри и посередине каждого из которых формируются управляющие импульсы протяженностью
АО го
N
12-4/5 9,6 эл. град. На тактовом интервале от 240 до 300 эл. град, аналогичным образом в серединах тактовых подинтервалов вырабатываются сигналы на включение вентиля.
Рост выходной частоты F преобразователя сопровождается соответствующим уменьшением абсолютной величины протяженности тактовых интервалов. Одновременно при управлении по описываемому способу в соответствии с соотношением
N
уменьшается
т -TQF/Fo()
абсолютное значение- продолжительности тактовых подинтервалов. При этом на всем диапазоне регулирования начало каждого тактового интервала синхронизировано с началом соответствующего первого тактового подинтервала, з конец тактового интервала засинхронизирован с концом последнего тактового подинтервала. Формирование управляющих импульсов производится в середине каждого тактового подинтервала. Процесс регулирования частоты выходного напряжения инвертора сопровождается в этом случае постоянной поэтапной вариацией длительности пауз между всеми импульсами управления, а также длительности самих управляющих им- пульсоа на центральных участках тактовых интервалов, в зоне наложения друг на друга серединных тактовых подинтервалов, Формируемых симметрично в каждой половине соответствующих тактовых интервалов. При этом для поддержания постоянства отношения величины выходного напряжения преобразователя к частоте на поддиапазонах регулирования, на которых в центрах тактовых интервалов формируются паузы, длительности сигналов управления варьируют в зависимости от значений выходной
частоты и от количества формируемых сигналов I на каждой половине тактовых интервалов в соответствии с выражением A -4T().
На поддиапазонах регулирования, на которых в центрах тактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, продолжительность остальных сигналов управления также зависит от текущих значений выходной частоты инвертора и определяется из соотношения
, F1
-6F(NFo+Fo-F)6NFo(2l-1)
Граничные значения частот F1 и F, переходных от одного из упомянутых поддиапазонов регулирования к другому, находятся из соответствующих функциональных зависимостей, включающих параметры Fo, N, I. В связи с вышесказанным для рассматриваемого варианта на первом поддиапазоне регулирования выходной частоты преобразователя вверх от начального значения процесс регулирования осуществляется путем последовательного изменения
продолжительности центрального на тактовом интервале импульса управления (см. стрелки на фиг. 1а), производимом в соот.41 Г 1
ветствии с соотношением Я -ггтг- 1 -
2 (I - 1 ) Fo
FF1
1
N Fo + Fo - F 6 Fo N ( 2 I - 1 )
вплоть
до частоты
FJ Гй . + -WilM + (l-l)(N+3-2l)
где , . Подставляя указанные значения, определяем величину первой граничной частоты ,7Fo. В момент достижения выходной частотой преобразователя указанного значения F i продолжительность центрального на тактовом интервале импульса управления уменьшается до нуля.
На следующем поддиапазоне регулирования изменение выходной частоты преобразователя сопровождается изменением продолжительности центральной на тактовом интервале паузы между импульсами управления, длительность самих импульсов
управления, число которых внутри каждой половины тактовых интервалов рапно двум (), изменяется (уменьшается с ростом частоты) в соответствии с зависимостью
(с -р ,., ) , осуществляемой i v F Fo N те двусторонней i модуляции фронтов сигна- ловуправления, расположенных в серединах соответствующих тактовых подинтервалов, Указанному поддиапазону регулирования соответствуют временные диаграммы, изображенные на фиг. 16. Продолжительность тактовых подинтервалов здесь продолжает последовательно уменьшаться.
Верхней частотной границей этого поддиапазона является частота
2N-2IN + 1 f(iH-i n±jf±AHLiL 3LlL
-2.55f0
как следует из кривых, приведенных на
фиг. 16, в этой зоне наблюдается незначительное перекрытие длительностей тактовых подинтервалов, формируемых в центральной части.
Следующий подинтервал управления, на- блюдающийся в диапазоне частот Fi F fz 5 4 + 1-45 Ч -5(2 2 -J U5L±jjlil „ -3.45FO
характеризуется, как показано стрелками на фиг. 1в, последовательным изменением продолжительности А центрального на полупериоде сигнала управления
LL.
}
6F(N1 Fo + Fo-F) 18MF0 Изменение относительной длительности тактовых подиптервалоБ т -в проТо
цессе регулирования преобразователя показано на фиг. 2. Минимальное значение г наблюдается на частоте
10
р N + 1
Fo 3 Fo и равно при этом
15
5
0
5
7цлш| -
4N
-TO 0555ГоПоvо и
(N + 1)
еле достижения указанной частоты продолжительность г тактовых подинтервалов начинает повышаться.
При F внутри тактовых интервалов формируется по доа сигнала управления (). Верхняя граница указанного поддиапазона регулирования, которому соответст вуют временные диаграммы, приведенные на фиг. 1д, наблюдается на номинальной выходной частоте преобразователя . Как следует из принципа осуществления описываемого способа управления, формирование двух дополнительных сигналов управления внутри каждого тактового интервала осуществляется вплоть до номинальной выходной частоты, что является неэкономичным с энергетической точки зрения. Поэтому целесообразно, как показано пунктиром на фиг. 2, начиная с граничной частоты F 2 FVpaH (с последнего на диапазоне регулирования значения F ) осуществлять линейное изменение продолжительности тактовых подинтервалов до частоты F выбираемой в диапазоне F rpaii1 F1 (Продолжительность тактовых подинтервалов в этом случае в диапазоне частот Р грач-Р изменяется в соответствии с функциональной зависимостью
90 Fo
На этом поддиапазоне управления, как следует из кривых, приведенных на фиг. 1в, в центральной зоне тактового интервала на- блюдается заметное взаимное перекрытие центральных тактовых интервалов, сопровождающееся наложением (суммированием) формируемых внутри этих подинтервалов сигналов управления, в результате чего центральный импульс управления в начальной нижней по частоте части поддиапазона имеет увеличенную длительность по сравнению с другими импульсами управления, которая постепенно уменьшается до нуля при F - . Продолжительность остальных сигналов управления А при этом находится из соотношения
1
Fo
г Го N Fc Г - JElfianXJlFs + Fo nflPatl sLF - Frpan
X ( F - Frpan ) + -RT
Fo
Ргран ( N FO + FQ РГран )
где
FrpaH
4 N-l- 1 -(4 N +1 f - 12 N (N - 1 )
2 ,45F0.
Для рассматриваемого варианта принято (N-0,5),5Fo. Продолжительность сигналов (импульсов) управления в серединах такто-вых интервалов на рассматриваемом диапазоне регулируется в соответствии с опорной функциональной зависимостью
j Lr-l w LrJL-Л-о
Л 12 i 1F NF0 ; 12IF 5F5 при этом на частоте достигается слияние двух сигналов управления а один удвоенной продолжительности, что отражено на фиг. 1г. Полуволна линейного выходного напряжения формируется при этом из трех импульсов. Дальнейшее повышение выходной частоты преобразователя осуществляется при продолжительности тактовых подин- тервалов, равной длительности тактовых интервалов, и сопровождается последовательным уменьшением длительности центрального импульса управления, проводимым в соответствии с зависимостью
А - J- -J1- котооая
Л 6F 6NF0 6F зОР КОТОрая
при уменьшается до нуля.
Реализация описанного способа управления может быть осуществлена при помо- щи системы управления вертикального типа, функциональная схема которой представлена на фиг. 3. Устройство включает в свой состав блок 1 задания частоты, величина выходного сигнала которого определяет выходную частоту преобразователя. Сигнал блока 1 поступает на вход генератора 2 тактовых импульсов, а также на входы перемножителя сигнала (квадратора) 3 и нормированного усилителя 4. Выход генератора 2 присоединен к входам трехразрядного регистра 5 и генератора 6 линейно изменяющегося напряжения, выходы блоков 3 и А присоединены соответственно к минусовому и плюсовому входам суммирующего усилителя 7. Источник 8 постоянного напряжения подключен через нормированный усилитель 9 к входу делителя 10, на второй вход которого поступает сигнал от усилителя 7. При этом, в делителе 10 осуществляется деление сигнала, приходящего от блока 9, на выходной сигнал блока 7. Выход делителя 10 соединен с входами сумматоров 11- 15, источник 8 связан с минусовыми входами сумматоров 11, 13м 15 и плюсовы- ми входами сумматоров 12 и 14. Генератор 6 развертывающего напряжения связан-с датчиком 16 амплитуды напряжения и с входом блока формирования 17 длительностей импульсов,
Выход датчика 16 соединен с входом логического блока 18 и через ключ 19с одним из плюсовых входов сумматора 20. Другие входы сумматора 20 соединены с соответствующими выходами блока 18 и с выходом сумматора 11, которые связаны также с входами блока 17 формирования длительностей импульсов. Выход сумматора 20 присоединен к одному из суммирующих входов (к минусовому входу) интегратора 21, другой плюсовой вход которого связан с блоком 22 опорного напряжения. Выходы регистра 5 и блока 17 подключены к входам логического распределителя 23 управляющих импульсов,
Временные диаграммы, приведенные на фиг, 4, поясняют принцип функционирования схемы на протяжении полупериода выходной частоты преобразователя. Сигналы на выходах узлов и блоков системы управления обозначены на фиг. 4 индексами, соответствующими их цифровым обозначениям на фиг. 3.
Изображенные на фиг. 4 временные диаграммы соответствуют начальной (минимальной) выходной частоте преобразователя с диапазоном пятикратного связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения, полуволна линейного выходного напряжения инвертора Квых при этом формируется из одиннадцати импульсов на полупериоде. Начальная длительность выходных импульсов определяется величиной сигнала источника 8, которая для данной структуры устройства находится из соотношения U6m(N -1) Uem -(5-1)
N225
0,16Uem, где Uem - максимальная амплитуда сигнала генератора б, наблюдаемая на начальной выходной частоте преобразователя. Величина сигнала блока 1 Ui прямо пропорциональна величине отношения F/Fo (см. кривую зависимостиU ----на фиг. 2). Совокупность блоков 1,3, -И макс
4,7-10 реализует при этом функциональную завиNсимость т т0-- ,
U8
F/Fo(N
)
T0N
Fo связывающую
{tl+,)j-.-(-f-f
продолжительность тактовых подинтерва- лов с текущими значениями выходной частоты преобразователя. Сигнал, пропорциональный половинному значению указанной функции, снимается с выхода блока 10, осуществляющего деление сигнала с выхода усилителя 9, пропорционального величине , на разностный сигнал, пропорциональный значению (N+1) - (-р-- / , поступающий с выхода сум ОI О
мирующего усилителя 7 на второй вход блока 10.
Коэффициенты передачи согласующих усилителей 7 и 9 подбираются при этом таким образом, чтобы обеспечить на начальной выходной частоте преобразователя амплитуду напряжения на выходе блока 10, равную U i(HJ6m/N U6m/5 0,2U6m. Этот сигнал, а также значения утроенной и упятеренной величины Uю, определяющие временное положение середин интервалов между выходными импульсами (середин соответствующих импульсов управления), обозначены на фиг. 4 пунктиром.
Сигналы на формирование фронтов импульсов кривой выходного напряжения вырабатываются системой в момент равенства выходных напряжений сумматоров 11-15 текущему значению симметричного пилообразного напряжения Ue генератора 6 развертки, период которого определяется выходным сигналом блока 1 и на всем диапазоне регулирования в шесть раз меньше периода выходного напряжения преобразователя. Формирование упомянутых командных сигналов осуществляется блоком формирования длительностей импульсов 17, на N основных входов которого поступают сигналы иц-1)15(сигналы Ui2-Uis проходят предварительно через логический блок 18), а на вспомогательный вход блока 17 приходит напряжение развертки Ue. Блок 17 представляет собой систему компариру- ющих узлов с выходными формирователями коротких импульсов, связанных с входом счетного триггера, продолжительность импульсов на выходе которого равна длительности формируемых импульсов кривой выходного напряжения преобразователя.
Выходной сигнал блока 17, поступающий на вход распределителя 23, обозначен на фиг. 2, как Uiy. На три тактовых входа логического распределителя управляющих импульсов приходят сигналы с соответствующих выходов трехразрядного регистра 5. Распределитель 23 осуществляет логическое преобразование сигналов, поступающих на его входы от блоков 5 и 17, и формирование сигналов управления, поступающих на вентили трехфазной мостовой схемы преобразователя в соответствии с алгоритмом 180-градусного управления, характеризующегося полной инвариантностью формы кривой выходного напряжения от параметров нагрузки. Вид сигналов (импульсов) управления, вырабатываемых распределителем 23 и поступающих на катодные вентили каждой из фаз преобразователя (+А, +В, +С), также изображен на фиг. А.
Требуемое изменение продолжительности выходных импульсов преобразователя, управляемого по описанному способу, обеспечивается при помощи цепи внутренней обратной связи системы управления,
содержащей узлы 18-22. На выходе много- входового сумматора 20 на всем диапазоне регулирования формируется сигнал, амплитуда которого пропорциональна суммарной
продолжительности выходных импульсов в полуволне выходной кривой, который поступает на минусовой вход двухвходового интегратора 21, плюсовой вход которого связан с блоком опорного напряжения 22,
0 амплитуда сигнала которого в данном случае, при реализации зависимости U/F const, выбирается из соотношения
Убт
U12
N
- 0,211бт. Проинтегрированное
значение разностного сигнала () с выхода узла 21 поступает на соответствующие положительные или отрицательные входы сумматоров 11-15, благодаря чему осуществляется постоянная последовательная коррекция продолжительностей выходных импульсов преобразователя, производимая путем двухсторонней модуляции импульсов управления.
Логический блок 18 системы управления (фиг. 5) включает в свой состав схемы 24-27, сравнения, управляющие работой ключей 28-31, элементы И 32иЗЗи ячейку ИЛИ 34, при этом первые входы всех схем сравнения связаны с выходом датчика 16
амплитуды пилообразного напряжения, а вторые входы - с соответствующими сумматорами. Управляющие .импульсы на ключи 28-31 и, через конъюнктуры 32 и 33 и дизъ- юнктор 34, на ключ 19, вырабатываются в
этом случае по алгоритму, обеспечивающему на всем диапазоне регулирования поступление на входы сумматора 20 сигналов, арифметическая сумма которых пропорциональна суммарной продолжительности выходных импульсов на полупериоде.
Выбор амплитуд сигналов источников 8 и 22 опорного напряжения в соответствии с приведенными выше выражениями обеспечивает базовую начальную длительность
выходных импульсов. Контур внутренней обратной связи системы управления, включающий узлы 18-22, автоматически реализует требуемую функциональную зависимость между значением выходной частоты и продолжительностью импульсов управления и выходных импульсов. При этом благодаря включению интегратора обратная связь приобретает астатический характер, что повышает точность процесса
регулирования. Вариация длительностей тактовых подинтервалов в соответствии с требуемой гиперболической зависимостью обеспечивается блоками 1,3,4,7-10. Границы переходов от одного поддиапазона регулирозания к другому, зафиксированные
выше в описании способа управления, также определяются системой автоматически, при помощи схем сравнения, управляющих работой ключей 28-31, сходящих в состав логического блока 18.
Наряду с реализацией управления преобразователем по закону U/F const, описанное устройство может служить базовым и при осуществлении других зависимостей между напряжением и частотой преобразователя. Так, для реализации закона и/F -const в качестве блока 22 может Быть включен усилитель постоянного тока, соединенный своим входом с выходом блока 1 задания частоты, выходной сигнал которого пропорционален относительному значению выходной частоты (см. пунктир на фиг, 3).
Для осущестапенил зависимости -w orist к ингеграюру 2 через блок 22 может быть под- ./лючеп выход датчика 10 амплитуды пилообразного напряжения, амплитуда сиг- лпла на выходе которого обратно пропорциональна выходной частоте. В качестве блока 22 п л том случае должен быть использован блок извлечения квадратного корня, Наконец, указанная схема может осуществить в пр-ci occc регулирования частоты стабилизацию действуюшего и среднего на полупериоде значений выходного напряжения. Для этого виход датчика 16 должен непосредственно присоединяться к плюсовому входу двух- входового интегратора 21.
Таким образор-л, вариация длительности гахговых подынтервалов, осуществляемая при управлении по предложенному способу, позволяет сдвинуть вверх значения гра- пичных частот, переходных от одного поддиапазона к другому и увеличить тем CGf. UM равномерность регулировочной ха- рсчасристики преобразователя при регулировании выходной частоты, Это
подi передается ходом кривых Дп , построенных ла фиг. 2 я характеризующих изменение относительной продолжительности основных импульсов кривой линейного выходного напряжения преобразователя от частоты для при управлении по предложенному способу (сплошные линии) и по известному способу (пунктир), Указанная особенность приводит также к увеличению количества выходных импульсов в полуволне п диапазоне средних и повышенных выходных частот преобразователя, что, как чзвестсо, уменьшает амплитуды паразитных гармонических составляющих спектра иыхсдного сигнала и способствует улучшению гармонического состава кривой выход- HOIO напряжения, Эффективность от моченных преимуществ при этом увеличит
0
5
0
5
0
5
0
ваптся с расширением нормированного диапазона регулирования преобразователя, задаваемого индексом N.
Формула изобретения 1. Способ управления трехфазным вентильным преобразователем с N-крэтным связанным регулированием частоты и величины выходного напряжения, заключающийся в том, что формируют противофазные управляющие сигналы для управления анодными и катодными вентилями каждой из фаз с заданной частотой, а для анодной и катодной группы основных вентилей разных фаз управляющие сигналы сдвигают на 60 эл. град., для каждого из основных вентилей модулируют управляющим сигнал на тактовых интервалах от 60 до 120 эл. град, и от 240 до 300 эл. град., при зтом число управляющих импульсов на интервалах с модуляцией с ростом частоты F уменьшается, причем на начальной выходной частоте FO каждый тактовый интервал разбивают на N подинтервалов продолжительностыо
0 ё внутри и посередине соответb N
ствующего подынтервала в результате модуляции формируют управляющие импульсы
, N -1
длительностью /о - , а в процессе
6F0W2
увеличения выходной частоты на интервалах от 60 до 90 зл. град, и от 240 до 270 эл. град., формирование каждого i-ro от начала тактового интервала импульса управления, синтезируемого в середине соответствующего тактового подинтервала, начало первого из которых синхронизировано с началом тактового интервала, осуществляют при изменении выходной частот преобразователя от FO до F , при зтом при изменении выходной частоты от Fo до F, ( Fi) внутри каждой половины тактовых интервалов формируют по I управляющих импульсов с длительностью
5 А
1 (.1
1
). .при F%a
0
5
12 i F F0N каждой половине тактового интервала формируют по (М)-п управляющих импульсов с длительностью Я , а 1-й сигнал управления формируют в середине каждо-, го тактового интервала с длительностью А , на участках от 90 до 120 эл. град, и от 270 до 300 эл. град, формирование управляющих импульсов осуществляют симметрично, отличающийся тем, что, с целью увеличения равномерности хода регулировочной характеристики преобразователя и улучшения спектрального состава выходного напряжения п области повышенных выходных частот, на всем диапазоне регулирования длительность тактовых подынтервалов2. Способ по п. 1,отличающийся
изменяют в соответствии с соотношением тем, что в диапазоне частот от
г тй-величины Я И А с
ггран-,
F/Fo(.)
sFo
находят соответственно из функциональных зависимостей ALF01
sFo
i « ДО F(FrpaH F NFo).
6Fj,(NFb+ Fo - F 6 N FO(2 I - 1) длительность тактовых подинтервалов из- ,. t 1 г 2 0 - 1 )Fp10 меняют в соответствии с функциональной .и А - Јр L1 N FO + FO - р зависимостью 11 FQ
6F0N(2i-1)) NF Frp f N Fo + Fo -
v,i - io« TO г/я 7
Lг - ггран
X ( F - Ргран ) + -p-, / м с ±c p Г1 ггран N г0 т r0 ггран )
а при длительность тактового подин- тервала принимают равной продолжительности тактовых интервалов.
, а значения F и F определяют соответст- венно как
F1 -.0JlN±J.)(M4.
iH-iim-i-t-V(tti-}im.(gf-i)()
Г Г Г Г
Uy
Г Г Г Г
UU ULЈ(
Г
.г- 4N+1 -U4N + 1
sFo
i « ДО F(FrpaH F NFo).
длительность тактовых меняют в соответствии зависимостью
T vHp5 rР«г.2
HQ19
Фиг. 5
