Способ управления непосредственным преобразователем частоты и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к сйловбй образовательной технике, е частности; к преобразователям частоты венной связью (НПЧ), преобразующим на пряйсениё Частоты ft в напря кенйе частбтмл fz, например, для регулирований скорбетИ; элеетрических двигателей. ;

Цель изобретения - повышение Коэффициента мощности преобразователи И уменьшение искажения напряжения щей сети при снижении его напряжения до

величины, равной или меньшей :дт

максимального напряжения.

Положительный эффект от применения изобретения заключается в том; что оно повышает Км преобразователя в области женных значений напряжения, причём повышает в тем большей степени, чем боль- ше глубина регулирования напряжения. Одновременно заметно снижается искажение напряжения питающей сети.

Дли достижения цели в способе управ- л:енйя( НПЧ на рснрве выпрямителей, содер ЖащЩД-ветвейс бентилями, питающимися . О т-фазнбй с.етй пут ём.периодической под- ачи fia вентили выпрямителей пакетов отпи- ра о1цих ймНульсбв, промодуЛированных напряжением выходной частоты, при снижении его напряжения до упомянутой вышб ёелйчйньГ. НоДачу отпирающих импульсов й р ойзв6 дят н а;вейтйли Д -Г ветвей, где , 2,.,,., Д. Кроме этйго меняют момент подачи бтНираЮщёго импульса в сторону его упреждения на вентиль, подключенный к фазе питающей бетИ, следующей за той фазой, на; вентиль кбторой подают отпирающий импульс, так 4fи ир ёмТиГ упреждения равно я/т (а .где Й1 2 я f i.

Для более равномерной загрузки сети упомянутую подачу отпирающих импульсов вентилей выпрямителей, относящихся к разным фазам нагрузки, производят на вентили подсоединенные к различным фазам питающей сети.

00

XI N5

-А

О

Как и при способе -прототипе, пакеты отпирающих импульсов, промодулировэи- ныо напряжением выходной частоты, периодически подают на аентили его т-фззных выпрямителей. Однако, в отличие от него, импульсы управления при формировании выпрямительного и инверторного режимов работы отдельных выпрямителей НПЧ подают на вентили того числа ветвей выпрямителей, которое необходимо для формирования заданного напряжения при минимальном угле регулирования а ,

Для достижения цели в известное устройство для реализации способа, содержащее СУ вентилями, в состав которой входят фазосдвигающее устройство, распределитель импульсов и выходные устройства, введено пороговое (логическое) устройство, со входами задания напряжения управления и задания порогового напряжения. Выход порогового устройства подключен к управляющему входу распределителя выходных импульсов.

Пусть Д - число ветвей m-фззного выпрямителя. (Если выпрямитель выполнен по нулевой схеме, то , если по мостовой, то ). Отпирающие импульсы могут подаваться либо на вентили всех Д ветвей, либо на вентили Д-Г ветвей, где Г принимает значения ряда чисел 1,2,..., Д. Г тем больше, чем меньше величина требуемого напряжения. С изменением Г в трехфазной мостовой схеме относмтельнал|величина напряжения в первом приближении образует ряд: 1,5/6, 4/6,... Промежуточные значения напряжения можно получить воздействуя известным способом на величину угла а . Естественно, что при таком комбинированном регулировании диапазон изменения угла а существенно уменьшается по сравнению с тем случаем, когда число ветвей выпрямителя неизменно.

Еще большее уменьшение диапазона изменения угла а может быть получено циклическим изменение числа Г (при неизменной средней величине напряжения), например, через период частоты f i или через другой, более протяженный отрезок времени. Этот прием особенно целесообразен при частоте fa« fi.

На фиг. 1 и 2 в качестве примера приве- .дены схемы известных НПЧ с трехфазным питанием и с трехфазным выходом; схемы выполнены соответственно на трехфазных нулевых и трехфазных мостовых выпрямителях; пунктирной линией на схемах обозначены те ветви, на вентили которых при напряжении НПЧ, лежащем в области 1/3- 2/3 от максимального для схемы фиг. 1 и

1/2-2/3 для схемы фиг. 2, не подаются импульсы управления; на фиг. 3 приведена структура СУ одной фазы НПЧ. СУ других фаз аналогичны; на фиг. 4 приведены кривые напряжения НПЧ по схемам фиг.1 и 2 при угле а 0 (фиг. 4 - для БИ).

На фигурах приняты следующие обозначения: 1, 2, 3, 4, 5, 6 - отдельные выпрямители НПЧ ; 7,8,9- вентили отдельных

выпрямителей преобразователя по схеме фиг. 1 (индексы при номерах вентилей указывают на принадлежность к соответствующему выпрямителю); 10 - нагрузка; 11 - система управления одной фазы; 12-фазос5 двигающее устройство (ФСУ); 13 - усилитель и распределитель импульсов (РЙ); 14, 15,16 -выходные устройства (ВУ); 17-усилитель (У); 1.8 - пороговое (логическое) устройство (ЛУ); 19, 20 - потенциальные

0 диаграммы соответственно точек А и С преобразователя по фиг. 1 при , построенные относительно потенциала нулевой точки питающей сети ( на фиг. 1 она не показана); 21 - напряжение UAC этого НПЧ.

5 (Кривые 1.9, 20, 21 соответствуют интервалу времени, на протяжении которого зада нная величина напряжения НПЧ неизменна); 22, 23 - потенциальные диаграммы соответственно точек А и В преобразователя по схеме

0 фиг. 2, построенные относительно потенциала общего провода, соединяющего все вы-. прямители этого НПЧ, при 24,....29 - фазы мостовых выпрямителей 1,...,б, на вентили которых при не подаются импульсы

5 управления (возможно и другое взаимное расположение вентилей, на которые не подаются импульсы управления; 30 - напряжение UAB, соответствующее кривым 22, 23; 31, 32, 33 - потенциальные диаграммы и

0

кривая напряжения соответствующие кривым 19, 20, 21, но построенные по средним значениям выпрямленного напряжения и в другом масштабе времени.

Способ управления преобразователем

5 по схеме фиг. 1 при относительной величине напряжения НПЧ U (U U/IW). лежащей в пределах U 1, когда в работе участвуют все вентили НПЧ, является общеизвестным и не нуждается в прясне0 нии. Новым по отношению к известному способу управления вентилями, при котором пакеты отпирающих импульсов, промо- дулированные, например, по прямоугольному закону, поочередно под5 ают на вентили из числа 7, 8, 9 выпрямителей 1..... б. является лишь порядок подачи импульсов на эти вентили при U 0,666. Известно, что при прямоугольном законе управления вентилями и при поочередной подаче отпирающих импульсов на все вентили выпрямителей при а 0 ,.а при ,666 а arccos 0,666я 48 зл.грэд. При использовании всех вентилей НПЧ, как это имеет место в известном способе и снижении заданного напряжения, начиная с ве- личины меньшей 0,666, угол а устанавливается более 48 эл.град. Вместо этого , согласно предложенному способу, уменьшают число вентилей, на которые продолжают подавать отпирающие импульсы. Это позволяет уменьшить угол регулирования а у оставшихся в работе вентилей на упомянутые 48 эл.град, и, соответственно, увеличить Км преобразователя.

С изменением числа Г увеличивается интервал времени работы вентиля той ветви выпрямителя, за которой следует ветвь, на вентиль которой отпирающий импульс не подается или подается со значением а существенно отличным от значения а , принятого для вентилей всех других ветвей. Во избежание связанного с этим некоторого снижения Км целесообразно изменить момент подачи отпирающего импульса из вентиль той ветви, куда будет осуществляться коммутация тока с вентиля, продолжительность работы которого оказалась увеличенной. Упомянутую подачу импульса следует произвести с упреждением на величинул /т рад. Например, если в вентильной группе 1 (фиг. 1) подача отпирающего импульса на вентиль 9i не провидится, то подача отпирающего импульса на вентиль 8t производится в тот же момент, как и при работе вентиля 9i, а на вентиль 7i - производится с упреждением на величину и /3. Благодаря этому уравнивается время работы вентилей 7t и 8i. Кривые 19, 20, 21 построены с учетам этого обстоятельства.

Изменение числа вентилей, на которые подаются отпирающие импульсы и величины угла а с изменением этого числа производится с помощью СУ (11) фиг. 3 в зависимости от величины задающего сигна- лауправления Uy, подаваемого на вход ФСУ (12). При Uy, соответствующем величине ,666, напряжение Uy с помощью усилителя У (17) воздействует на ФСУ. На другой вход ФСУ подается опорное напряжение Uon, синхронизированное с сетью. Распределитель импульсов 13 поочередно воздействует на выходные устройства 14, 15, 16, подавая отпирающие импульсы соответственно на вентили 7,8,9 выпрямителей 1,..., 6. (Усилитель 17 может входить в состав ФСУ, а распределитель импульсов 13 может быть совмещен с объединенными ВУ).

При U 0,666 (Un - пороговое напряжение) срабатывает ЛУ (18), которое воздействует на РИ (13) так, что отпирающие импульсы поступают только на два из

5 трех ВУ, например, на 14 и 15, HQ зато при величинах угла а меньших той величины, которая была бы при том же напряжении, но при питании выпрямителя от всех трех фаз сети. Для этого ЛУ меняет коэффициент пе0 редачи усилителя 17/Тем самым, несмотря на снижение напряжения НПЧ, его Км увеличивается и становится примерно таким же, каким он был при максимальном напря-i жении НПЧ. Естественно, что при реализа5 ции способа можно исключать из работы как одноименные вентили выпрямителей, так и разноименные. Последнее предпочтительнее, поскольку при этом обеспечивается равномерность загрузки различных фаз пи0 тающей сети и, кроме того, уменьшается глубина высокочастотных пульсаций кривой выходного напряжения НПЧ.

Аналогично выполняется СУ и для НПЧ по фиг. 2. Разница состоит в том, что с уве5 личением числа вентилей (числа Д) увеличивается число выходных устройств и, одновременно, меняется величина Un, a Tajc- же число пороговых напряжений. Соответственно меняется число входов ЛУ или

0 общее число ЛУ.

В схеме фиг. 2 величина Д в два раза больше, чем в схеме фиг. 1, поэтому диапазон изменения; угла а при переходе от одного значения Г к другому оказывается

5 существенно меньше и минимальное значение Км при заданной величине напряжения Здесь оказывается более высоким.

Способ полезен как при задании величины напряжения НПЧ, так и при формиро0 вании промежуточных уровней кривой напряжения НПЧ. Когда он используется в обоих случаях, выигрыш от увеличения Км оказывается максимальным.

Использование в НПЧ вспомогательных

5 вентилей для улучшения Км, например так, как это предусмотрено в (4) еще большеуве- личивает эффективность применения рассматриваемого способа.

Способ может быть использован также

0 при управлении отдельным выпрямителем, однако эффективность от его применения в этом случае уступает эффективности его применения в НПЧ, где выпрямители обра зуют симметричную систему, что позволяет

5 обеспечить равномерность загрузки всех . фаз сети.

Формулаизобретения 1. Способ управления непосредственным преобразователем частоты на основе

выпрямителей, содержащих Д ветвей с вентилями, питающимися от m-фазной сети, путем периодической подачи на вентили выпрямителей пакетов отпирающих импульсов, пррмодулированных напряжением выходной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя и уменьшения искажения напряжения питающей сети при снижении его напряжения до величины,

равной или меньшей д от максимального напряжения, подачу отпирающих им- Нульеой производят на вентили Д-Г деталей, где Г-1, 2,..., Д, a m 2 - целое число.

2. Способ по п. 1, отличающийся 1гЈм,что меняют момент подачи отпирающего импульса в сторону его упреждения на вентиль, подключенный к фазе питающей 5бти, следующей за той фазой, на вентиль которой не подают отпирающий импульс fiSK что время упрждения равно я /mwi, где wt- частота напряжения сети.

3. Способ по п. 1 и 2, отличающй fr- Uit тем, что а выпрямителях, относящихся к разным фазам нагрузки, упомянутую подачу (Ьтпйраю1Цих импульсов производят на вен- ШИг подсоединенныё-к различным фазам йитающёй сети, вследствие чего обеспечивается ее более равномерная загрузка.

0

5

0

4. Устройство для управления непосредственным преобразователем частоты, выполненным на основе выпрямителей, включающих в себя Д ветвей с вентилями, содержащее фазосдвигающее устройство, распределитель импульсов, усилитель и выходные устройства, причем информационный вход фазосдвигающего устройства является первым входом устройства, управляющий вход- подключен к выходу усилителя, а выход фазосдвигающего устройства подключен к информационному входу распределителя импульсов, выход которого подключен к входам-выходных устройств, выходы которых являются выходами устройства, информационный вход усилителя является вторым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя и уменьшения искажения напряжения питающей сети при снижении его напряжения

Д-Г

до величины, равной или меньшей

Д

от максимального напряжения, в него вве- депо пороговое (логическое) устройство, вход задания напряжения управления которого объединен с информационным входом усилителя, вход задания порогового напряжения является третьим входом устройства, а выходы подключены к управляющим входам усилителя и распределителя импульсов .соответственно, , 2,.... Д.

фс/&/

о- обфиь.2

f-v

фи 5.5 .

.

7/I

ч

30

гз

Фи 2. Л..