Способ управления мостовым преобразователем в пусковом режиме Советский патент 1993 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано при построении систем управления трехфазными мостовыми преобразователями, питающими системы частотно-регулируемого электропривода.

Целью изобретения является повышение качества и увеличение надежности осуществления режима пуска преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель.

На фиг.1 изображена упрощенная структура силовых цепей трехфазного вентильного мостового преобразователя на базе инвертора напряжения на полностью управляемых ключах, нагруженного на асинхронный двигатель АД: на фиг. 2 - полная регулировочная характеристика преобразователя; на фиг, 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования управляющих сигналов; на фиг. 4 - блок-схема системы управления преобразователем.

Одним из наиболее экономичных и часто использующихся законов управления преобразователями для систем частотно- регулируемого электропривода является закон регулирования с постоянством отношения величины выходного напряжения к частоте. При этом величина напряжения, как показано на фиг.2 для номинального N-кратного диапазона выходных частотMFn-MNFn, растет прямо пропорционально с увеличением выходной частоты F преобразователя. Процесс регулирования преобразователя на базе автономного ин00

CN

Cv Ь

СО

рования при FI , Так, задаваясь конкретными значениями и , суммарная величина диапазона регулирования преобразователя составит М . При этом от частоты Fn до формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя будет осуществляться в соответствии с заявляемым законом пускового управления, а от частоты 2Fn до частоты режим связанного регулирования частоты и напряжения должен соответствовать номинальному закону управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте. Обозначенное выше начальное число модулирующих сигналов управления находится при этом

для четного значения М -N как 7

(в случае нечетной величины произведения М N начальное значение I определяется

как --у--). При этом при четных М -N

первой граничной частотой будет FI . а при нечетных М N-F,

Соответственно для конкретного анализируемого варианта (, ). для при Fn 5F F

F -2 -(2 -6 -6 1)71 с 2-6-1166

At -

1 FR

Г 11 U FnM 2(I-1)FJ

JL

Fn

1 6F

r-2(i-1)N-1 2i-3 12 (i - 1) F N 6FnMN

для при

.F6..Fn -2( -5 + 1), 61

Ј О I IDO

i N - 15 . ..,...., 59 ,-

Я Т2ТП 1 ЖбТ при 45Fn

j- 1 /1 0 / 59 1 (Р„ 5FJt/l 360F Ж

для при

..||Fn,

при /o

з (

1

Fn

1 4F

r 47 7 . A 288F

для при 5 .

37 P -2jFn

A при F4 F 2Fn

252 F

J- 1 Г1 - М Г - 3FJ A35 5 216 F 72 Fn

10 После достижения выходной частоты , граничной между пусковым режимом и режимом номинального регулирования, формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя

15 осуществляется по зависимостям, характеризующим режим номинального управления. В частности, на частотном поддиалазоне

2°2F .-- 20-1)MNF Л-n SKI-4 2(,1)() + 1 31 N

25

я

21-3

12 (i - 1) Fn M N 432 Fn

Г L 2 (i - 1) (2 i - 3) + 1 6F 12(i-1)FnMN

0

5

31

0

5

0

5

J 6F 432Fn1

Таким образом, на граничной частоте 2Fn продолжительности модулирующих сигналов, определяемые по каждой из четырех вышеприведенных зависимостей, равны между собой и тождественны значе5НИЮ 4321V

Начиная с частоты процесс дальнейшего увеличения выходной частоты преобразователя вплоть до верхней выходной частоты сопровождается формированием управляющих сигналов в соответствии с вышеприведенными зависи- мостями; характеризующими номинальный закон управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте.

Для улучшения спектрального состава выходного напряжения преобразователя в процессе пуска может быть использован принцип формирования дополнительных компенсирующих импульсов. При этом на периоде выходной частоты, внутри интервалов 0-30(150-Я/2 .180-210 и (330-Я/2)-360 эл.град формируются дополнительные модулирующие сигналы управления. При этом мес- тополож-ение ближних к границам полупериодов фронтов 1-х по счету дополнительных модулирующих сигналов на интервалах 0-30 и 180-210 эл,град определяем соответственно как - Цггтг и

Fn M N

180+ -с ил м } эл.град., а на других

Гр IVI PJ

интервалах указанные ближние к границам полупериодов фронты формируют путем сдвига на 60 эл.град в сторону опережения ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих основных модулирующих сигналов управления с продолжительностью Я.

Продолжительность у дополнительных модулирующих сигналов определяется как ,27 (г-А), она вызывает соответствующее, как показано пунктиром на кривой UAB на фиг. 3, изменение формы выходного напряжения, что позволяет обеспечить в пусковом режиме значительное, вплоть до нулевых значений, уменьшение амплитуд пятой и седьмой гармонических составляющих спектра выходного напряжения преобразователя и улучшить тем самым качество протекания режима пуска питающегося от преобразователя асинхронного двигателя, крайне чувствительного на пусковых частотах к возмущающим воздействиям.

Обобщенная блок-схема системы управления преобразователем, реализующей требуемую последовательность формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя, представлена на фиг.4, Система выполнена по вертикальному принципу, в качестве элементной базы здесь наиболее целесообразно использовать цифровую микроэлектронику. Выходной сигнал 1И блока 1 задания выходной частоты преобразователя, величина которого прямо пропорциональна значению частоты, поступает на входы тактового генератора 2 и функционального М N-ка- нального по выходу преобразователя 3. Частота следования импульсов генератора 2 определяет частоту выходного сигнала блока развертки 4, которая при этом на всем диапазоне регулирования в 6 раз выше выходной частоты преобразователя.. Сигнал блока 4 постоянно сопоставляется в блоке формирования управляющих импульсов 5с выходными сигналами 1)з функционального преобразователя 3, величина которых пропорциональна текущим значениям положений фронтов at- «21 - 1 управляющих импульсов внутри тактовых интервалов (см. временные диаграммы на фиг.З). Указанные значения а предварительно определяются расчетным путем в соответствии с вышеуказанными зависимостями, характеризующими режим проведения рассматриваемого способа управления. В моменты равенства текущих значений сигналов блоков 3 и 4 блоком 5 вырабатываются команды на

формирование фронтов управляющих (и выходных) импульсов, которые распределяются по соответствующим вентилям трехфазной мостовой схемы при помощи логического распределителя 6.

Характерной особенностью структуры системы управления, реализующей описанный режим несимметричного управления, является наличие специального канала на выходе блока 5, по которому, как показано

в выделенной части на фиг,4, осуществляется выделение тактовых импульсов в моменты равенства наименьшего по амплитуде выходного сигнала функционального преобразователя 3 и сигнала развертки. Указанные импульсы формируются при этом в моменты, тождественные точкам 0, 60, 120, 180, 240, ... эл.град на временной диаграмме синхронизируют работу трехразрядного регистра 7, выходы всех разрядов

которого связаны с тактовыми входами логического распределителя 6.

Таким образом, описанный алгоритм формирования управляющих сигналов на вентили трехфазного преобразователя.

нагруженного на асинхронный электродвигатель, обеспечивает повышенное относительное значение выходного напряжения в пусковом режиме, улучшая тем самым качество и повышая надежность осуществления

процесса пуска, являющегося одним из самых ответственных динамических режимов в системах частотно-регулируемого электропривода переменного тока на базе преобразователей частоты инверторного типа с

неуправляемыми выпрямителями. . Ф о р м у л а и з.о бр ете н.и я 1. Способ управления мостовым преобразователем в пусковом режиме при М-крат- ном диапазоне связанного регулирования

частоты F и напряжения по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте, заключающийся в том, что основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с

взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град в последовательности +А, -С, +В, -А, +С, -8, при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл.град формируют интервал проводимости вентиля, в течение другого полупериода - от 180 до 360 эл.град формируют интервал закрытого состояния вентиля, внутри тактовых интервалов проводимости от 60 до 120 эл.град и внутри тактовых интервалов закрытого состояния от 240 до 300 эл.град несимметрично относительно середин тактовых интервалов фор мируют разноименные с соответствующим интервалом модулирующие сигналы управления, количество которых уменьшается с ростом выходной частоты пресЗрээователя F, причем на начальной (пусковой) выходной частоте преобразователя FN каждый тактовый интервал разбивают на М N подынтервалов

продолжительностью . ме 8 в

процессе регулирования (увеличения) выходной частоты формирование каждого 1-го по направлению от конца к середине тактового интервала модулирующего сигнала уп- равления (каждого (Ы)-го от начала тактового интервала сигнала), каждый из которых формируется в крайней правой части соответствующего тактового подынтервала с продолжительностью т, начало каждого первого из которых и конец каждого последнего из которых на. всем диапазоне регулирования синхронизируют соответственно с началом и концом тактового интервала, осуществляют при изменении выходной частоты преобразователя от Fn до FI, при этом при изменении выходной частоты от FI+I до FI (Fi+1 ) внутри каждого тактового подынтервала формируют модулирующие сигналы управления с длительностью Я, при FI F F| на каждой половине тактовых интервалов формируют по (1-1)-п модулирующих сигналов управления с длительностью А , а I модулирующий сигнал управления с продолжительностью А синтезируют в середине каждого тактового интервала левее центра, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества проведения и повышения надежности пуска трехфазного преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель, в процессе пуска в диапазоне пусковых частот Fn-MFn значения граничных частот, переходных от одного диапазона регулирования к другому, определяют как

F.FnMЈ2(-1)N-13 1 2(f-1)(2l-3)

(-1)N-H 1 2 (1-1) (2 1-1)

при FI F| +1

продолжительность А модулирующих сигналов управления принимают равной

тактового интервала левее центра модулирующего сигнала управления определяют из функциональной зависимости

,. 2(i-1)N-1 2i-3

Л ff Л Iе 14 I f Г™ ft

12(2i-1)FN 6FnMN

где i - количество модулирующих сигналов управления, формируемых внутри половин тактовых 60- градусных интервалов, считая от конца тактового интервала к середине.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что на периоде управления внутри интервалов 0-30, (150-A/2J-180, 180-210 и (330- А/2)-ЗбО эл.град формируют дополнитель

ные модулирующие сигналы управления с продолжительностью у 0,27(г-А), местоположения ближних к границам полупериодов фронтов 1-х по счету которых на интервалах 0-30 и 180-210 эл.град определяютсоответ-- $№ №Ј

эл.град, на других указанных интервалах упомянутые ближние к границам полупе- риодов фронты формируют путем сдвига на 60 эл.град в сторону опережения ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих основных модулирующих сигналов управления с продолжительностью А. где т х г- .... длительность о Fn М N

тактовых подынтервалов.

Фиг. I

Способ управления базируется на 180- градусном алгоритме несимметричного управления трехфазным одномостовым преобразователем, при котором основная последовательность модулирующих сигналов управления формируется асимметрично центрам полупериодов управления внутри средних на полупериодах тактовых интервалов 60-градусных продолжительнрстей, а продолжительность сигналов управления в номинальном режиме обеспечивает постоянство отношения величины напряжения к частоте. В пусковом режиме управления модернизированные функциональные зави- симости,связывающие параметры управляющих сигналов с каждой точкой диапазона регулирования, обеспечивают требуемое относительное превышение величины выходного напряжения, плавно снижающееся до нуля в точке выхода на номинальный режим работы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СО

Фиг г

1 I I