Способ управления трехфазным автономным инвертором Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано длл управления преобразователями с широтно- импульсной модуляцией.

Целью изобретения является улучшение качества проведения пускового режима инвертора, осуществляемое путем безударного перехода от одного поддиапазона пускового режима к другому с последующим плавным выходом на номинальный режим работы.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы, показывающие порядок подачи управляющих импульсов и форму линейного UAB и фазного UAO напряжений преобразователя на пусковой частоте Fn (внутри тактовых интервалов при частоте Fn формируется по 8 управляющих импульсов, значения индексов К и N при этом соответственно равны 2 и 4); на фиг. 2 и 3 - аналогичные диаграммы, соответС|вующие значениям выходной частоты и (изображенные сигналы соответствуют включающим импульсам, подаваемым на вентили катодной и анодной группы преобразователя ±А, ± В, ± С); на фиг. 4 - регулировочная характеристика преобразователя с предложенным алгоритмом управления процессом пуска; на фиг. 5 - структурная схема устройства управления; на фиг. 6 -диаграмма напряжения на основных узлах этой схемы.

На пусковой выходной частоте преобразователя (фиг. 1) тактовые интервалы от 60 до 120 эл. град, и от 240 до 300 эл. град разбиты на 8 интервалов равной длительности, внутри и посередине каждого из которых формируются управляющие импульсы, имеющие начальную продолжительность.

00

о

О О Јь

An

N -1 3 1

24 К N Fn 24 2 4 Fn 64 Fn

(здесь - половинное количество импульсов управления внутри каждой половины тактового интервала). На участках 0-15° м 165-180° на пусковой частоте включающие импульсы на вентили не подаются, благодаря чему кривые фазного и линейного напря- жений имеют характерную трех- и двухступенчатую форму с незначительными амплитудами пятой и седьмой гармоник спектра, что способствует снижению пульсаций момента вращения при пуске и уменьшению пусковых потерь мощности.

Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя в пусковом режиме осуществляется при постоянстве средней на полупериоде величины выходного напряжения U (фиг. 4), имеющего на пусковой частоте Fn заметно завышенное по сравнению с номинальным значение, что, как известно, повышает надежность процесса пуска. Абсолютные суммарные на тактовом интервале продолжительности выходных импульсов Авых и запирающих сигналов управления Ау находятся из соотношений Авых QN р 6N F (соот ветствующие кривые на фиг, 4). При этом изменение выходной частоты сопровождается постоянной вариацией соответствующих продолжительностей импульсов управления, абсолютное положение середин которых по отношению к границам и к середине тактовых интервалов остается неизмененным. Одновременно пропорционально с ростом частоты уменьшается интервал непроводящего состояния вентилей, формируемый на границах зоны проводимости, продолжительность которого на частоте уменьшается до нуля.

Соответственно на частоте 2Ftt зона проводимости каждого вентиля достигает 180 зл. град., что обеспечивает постоянство структуры силовой схемы инвертора и позволяет производить дальнейшее регулирование преобраз ователя в соответствии с выбранным опорным законом частотного управления. Форма кривых выходного напряжения инвертора при увеличении часто ты от Fn до KFn плавно видоизменяется путем плавного изменения местоположения крайних фронтов выходных импульсов, расположенных на границах тактовых под- интервалов, показанных стрелками на фиг, 1 и 2.

На первом поддиапазоне пускового режима инвертора, в диапазоне частот от Fn до F

(21-1) + 1 р 2(4-3 + 1) 41(21-1)n 4-2-3

1

12

Fn изменение продолжительностей

5

0

0

сигналов управления производят в соотN-1

ветствии с зависимостью А - 1

24INF

24-2-4 F: 64F4T° означает ™стоян- 0 ство на данном интервале относительной длительности указанных импульсов, выраженной в эл, град. Относительные местоположения середин всех восьми сигналов управления определяются из соотношений

(1 +-7тп).(1 +- 3F

(1,516 Fn 3F

16 Fn

)

), (1,5

С 60 ( 2 16 Fn - v 16 Fn эл. град.

В момент достижения выходной часто- 5 той инвертора значения F (фиг. 2) в центрах каждой половины тактового интервала с координатами 75 и 105° наблюдается слияние пар смежных сигналов управления вtодин импульс удвоенной длительности А.

Дальнейшее увеличение пусковой частоты осуществляется при последовательном уменьшении продолжительности этих сигналов в. соответствии с зависимостью

).

16 Fn чv 16 Fn

(1,), Ce 60(1,)

16 Fn v w 16 Fn 3F ).C8 60(),

(2i-1)N(i-1) + 1 3FnKN N(2l -1 ) + 1

3-5

1

2-4-13Fn 12 F 104 Fn

одновременно изменяются также и длительности А остальных сигналов управления по соотношению

45 (2i-1)N(i-1)-H

b6FnKN(l-1)N(2l-1) + 1

1

3-5

24FN(i-1) 1 5

6 2 4 13 Fn 1

чем обес24-4 F 208 Fn 96 F печивается постоянство выходного напряжения инвертора в процессе пуска, Отмеченный поддиапазон управления продолжается до тех пор, пока продолжительность А сигналов управления с центрами в 75 и 105 эл. град, не уменьшится до нуля, что наблюдается на частоте F

НК N ( 2 I - 1 ) -М F 2 -4(4 -3 + 1 4(2I-1XN(I-1)+1 4 -3 -(4 + 1

1 -П- Fn 15 n

После этого, при , при кото- ром , внутри каждого тактового интервала формируется по четыре импульса управN- 1 ленияс длительностями -

А -

1

24JNF

Ha частоте (частоте завершения пускового режима, см.

фиг. 3) Я р. г- , а координаты середин У4 гп

импульсов управления соответствуют зна- чениям (1+1 /8)67,5 зл. град., С2 60х х (1,5-1/8) 82,5 эл. град., Сз 60(1,5+1 /8) 97,5 эл.град., (2-1 ,5 эл. град. Кривые линейного и фазного выходного напряжений при этом соответствуют стандартной форме напряжения преобразователя со 180-градусным алгоритмом управления, характеризующейся полной инвариантностью к изменениям параметров нагрузки. Дальнейшее N-кратное связанное регули- рование величины и частоты напряжения инвертора осуществляется в соответствии с выбранным опорным законом частотного управления.

Величина выходного напряжения в рас- смотренном пусковом режиме, может, в зависимости от типа нагрузки, изменяться по другим зависимостям. Так, на фиг. 4 пунктиром изображено изменение величины выходного напряжения, проводимое в со-

U ответстпии с зависимостью -т- const .

Для рассмотренного варианта проведения процесса пуска, при , величина напряжения U на пусковой частоте Fn должна быть снижена в 2 раз по сравнению с ранее рассмотренным случаем.

Принцип построения систем управления, реализующих описанный способ, рассмотрим на примере аналоговой структуры устройства управления, приведенного на фиг. 5. Временные диаграммы, поясняющие алгоритм функционирования схемы, приведены на фиг. 6. При этом нумерации блоков на фиг. 5 соответствуют такие же индексы на эпюрах выходных напряжений блоков и узлов на фиг, G. Для определенности принято, что устройство реализует пусковой алгоритм, соответствующий . для упрощения принято, что N также равно двум.

Временные диаграммы, построенные на фиг. 6, соответствуют пусковой (начальной) частоте преобразователя Fn. Генератор 1 тактовых импульсов, задающий выходную

0

5 0 5

0 5

0

5 0 5

частоту инвертора, подает с двух своих выходов последовательности тактовых импульсов на генераторы 2 и 3 пилообразною напряжения, причем частоте: следования импульсов, поступающих на генератор 2, в 12 раз превышает выходную частоту инвертора, а частою тактовых импульсов на другом выходе генератора 1 в 24 раза больше выходной частоты. В общем случае частота импульсов на входе генератора 3 в К раз больше, чем на входе генератора 2. Соответственно амплитуда симметричного пилообразного сигнала Us генератора 3 нэ всем диапазоне в два раза меньше амплитуды сигнала LJ2 генератора 2, а крутизна указанных сигналов идентична. Амплитуды сигналов 1). и Уз фиксируются соответствующими датчиками 4 и 5 амплитуды. Напряжение датчика 4 инвертируется инвертором 6, а также поступает на минусовой вход сумматора 7, плюсовой вход которого связан с оыходом генератора 2.

В основе функционирования устройства лежит вертикальный принцип управления. В компараторах 8-10 осуществляется непрерывное сопротивление текущих значений напряжения развертки Уз (или U2 при , положение всех ключей на фиг. 5 соответствует пусковой частоте - Fn). с опорными сигналами, поступающими с выходов сумматоров 11 и 12, а также, при , с выхода сумматора 13. В моменты равенства указанных напряжений компараторами 8-10 вырабатываются короткие од- нополярные командные сигналы на формирование фронтов сыходных импульсов, которые через элемент ИЛИ 14 поступает на вход счетного триггера 15 и, затем, на вход логического распределителя управляющих импульсов 16. Выбор амплитуд сигналов источников 17 и 18 опорного напряжения при зтом производится из соотно- meiun i:Ui7 Узмакс ,Uie измакс/2К 11змакс/4, где Узмгкс - максимальная амплитуда сигнала Уз, наблюдаемая на пусковой частоте Fn. С целью повышения уровня пускового напряжения на интервале пуска выход датчика 5 через усилитель 19, коэффициент передачи которого равен 1/К, подключен к входу сумматора 20, к второму минусовому входу которого присоединен выход сумматора 21, выходной сигнал которого пропорционален суммарной продолжительности выходных импульсов внутри каждого из 30-градусных интервалов периода выходной частоты.

Процесс увеличения выходной частоты инвертора в пусковом режиме сопровождается пропорциональным синхронным снижением амплитуд сигналов ргзпертки U2 и Из, а также абсолютной величины о рицательного сигнала U на выходе блока 7, который сопоставляется в компараторе 22 с напряжением U23 блока 23 отрицательной -толярности, при этом и23 измакс. Сигнал U22 на выходе компаратора 22 показан на фиг. 6, продолжительность положительных импульсов напряжения U22 при этом пропорциональна величине д интервалов закрытого состояния вентилей внутри зон проводимости и уменьшается с ростом вы- ходной частоты, достигая нуля на частоте . Этот момент фиксируется схемой 24 сравнения, вырабатывающей команду на изменение состояния ключей 25-27, При этом в компараторах 9 и 10 осуществляется сравнение сигнала развертки U2 с напряжениями Ui2 и Ui3 U4-Ui2. На вход сумматора 20 внутреннего регулятора системы начинает поступать постоянный сигнал источника 28 (U28 U3Maicc/2N ), что в дальнейшем со- ответствует режиму регулирования с постоянством отношения величины напряжения к частоте.

При помощи схемы 29 сравнения, управляющей работой ключей 30 и 31 и свя- заннои по входу с выходами датчика амплитуды пилы 5 и сумматора 11, в системе в момент равенства амплитуд сигналов Уз и Un автоматически фиксируется граничная частота F, при которой уменьшаются до нуля продолжительности выходных импульсов, формируемых в серединах 30-градусных интервалов. Порядок формирования управляющих импульсов на вентили инвертора задается алгоритмом работы четырех- разрядного регистра 32, выраженные в цифровой форме состояния выходов Q4CbQ2Qi которого на периоде выходной частоты записываются соответственно как 1000, 1001, 0010, 0011, 0000, 0001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111. Логические функции, реализуемые распределителем 16 и поступающие в виде последовательности управляющих импульсов на вентили силовой схемы, при этом имеют следующий вид: -A QiQ2Q3Q4 -QiQ2Q3U22+QiQ2Q3bQiQ2

Q3U22+Q2U15+Q3JJ15:

„+B QlQ2Q4U22+QlQ2Q4+QlQ2Q3+QlQ2 Q3U22+Q2U.15+Q2Q3Q4U15:

+C iQ2Q3Q H QiQ2Q3CUU22+QiQ2Q3U22+

+Ql62Q3+Q2lll5+Q3Ul5.

Таким образом, предложенный способ управления позволяет существенно улучшить качество протекания процесса пуска преобразователя, нагруженного на асинх- ронный электродвигатель, как за счет плавного безударного перехода от одного поддиапазона управления к другому, так и за счет последовательного постепенного перехода к режиму 180-градусного управления ключами инвертора, обеспечивающему независимость формы кривой выходного напряжения от параметров нагрузки. Это благоприятно сказывается на характере протекания пусковых переходных процессов как в преобразователе, так и в нагрузке - асинхронном электродвигателе. Средняя частота коммутации вентилей силовой схемы инвертора при этом близка к постоянному значению, что способствует номинальной электромагнитной загрузке вентилей и реактивных элементов силовых цепей преобразователя.

Формула изобретения Способ управления трехфазным автономным инвертором с K.N-кратным диапазоном регулирования 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 управляющий сигнал на тактовых интервалах от 60 до 120 эл. град, и от 240 до 300 эл. град, при этом число управляющих импульсов на этих интервалах с ростом частоты F уменьшают , а на пусковой выходной частоте Fn наибольшая длительность управляющих сигналов составляет на половине периода 150 эл. град., отличающийся тем, что, с целью улучшения качества проведения пускового режима инвер- тора, нагружённого на асинхронный двигатель, в процессе пуска в диапазоне частот Рп-КРц, продолжительность паузы д, формируемой в середине интервала от 150 до 180 эл. град., изменяют в соответствии с соотношением д 15 1 --7Т7iTF 3/I( К - )гп

град., относительные месторасположения середины каждого 1-го от границ и от середины тактовых интервалов управляющих импульсов (, 2,.., К) определяют по соответствующим функциональным зависимостям,

FЈ2 1)

Fn 2 К

.5± FЈ2 1) rn i К

Ci 60 зл- град.,распола гп К

гая их симметрично, формирование каждого 1-го управляющего импульса осуществляют

при изменении выходной частоты инверто с, .. К- NJT2I -1 ) + 1 ра от Fn до F Fn/fffPf) при

чем при изменении выходной частоты от Fn

-„ (2I-1) + 1 до 41(21-1)- УТР каж дой четверти тактовых интервалов формируют по I управляющих импульсов с

N - 1 длительностью А од м с ПРИ : :

внутри каждой четверти тактовых интервалов формируют по 1-1 управляющих импульсов с длительностью

, (2i-1)N(i-1) + 1 Л 6FnKN(l-1)N(2l-1) + 1

- 24 N F ( i - 1 ) Э импульс УпРавле- ния продолжительностью 1(2l-1)N(i-1)+1

12 F 3FnKN N(2l-1)-M

формируют в серединах каждой половины тактовых интервалов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями с широтно-импупь- сной модуляцией. Цель изобретения - улучшение качества проведения пускового режима инвертора. Задавая частоту работы инвертора от пусковой максимальной, фор- мируютуправляющие импульсы управления тиристорами инвертора так, что пуск инвертора осуществляют со 150-градусного режима работы с плавным изменением числа модулирующих импульсов вплоть до перехода на 180-градусный режим. Это позволяет поддерживать частоту коммутации, близкой к постоянному значению, а также безударный переход от одного поддиапазона к другому. 6 ил,

о°.

30{

60(

90(

120(

ISO1

№{

Фиг.2

во(

129(

и,

Щ

МЛ

500

о

ш

о

Фиг.Э

Фигл

I

УП

7 /ЛЖ/ / V

..... и..-- ..-уY

ЛАА

/

// ,,/

U23 /

ь -J - 1J г ™ ™

xl/.

/

/ /

/

/

/

/

V

Un 1000 8 70(77 I I ООП 0000 I Г

%1

J

L

1

I™ игл

ЛГ1Т1ПГ1 П П Г

лв

ПППГНРшп

А

/ /

/

/

V

L

1

Фие.6

ТГ