Способ управления трехфазным вентильным преобразователем Советский патент 1993 года по МПК H02M7/48 

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

Известен способ управления трехфазным мостовым преобразователем (фиг.1), заключающийся в плавном поэтапном изменении количества модулирующих управляющих сигналов внутри тактовых интервалов, сопровождающийся соответствующим безударным изменением числа импульсов в полуволне выходной кривой преобразователя (1). Указанный способ управления обеспечивает широкодиапазонное связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя по экономичному закону постоянства отношения величины напряжения к частоте, однако непосредственное использование подобного алгоритма управления в режиме пуска преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель, не позволяет обеспечить достаточно надежное протекание пускового режима, при котором, как известно, величина напряжения должна быть заметно повышена по сравнению с номинальным режимом управления (наиболее целесообразно при этом поддерживать ве00

ю ы

го

личину напряжения в пусковом режиме повышенной и постоянной, как показано для диапазона выходных частот FnrMFn на фиг,2).

Целью изобретения является повышение качества и увеличение надежности осуществлениярежимапускапреобразователя, 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.З - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования управляющих сигналов; на фиг,4 - блок-схема системы управления преобразователем.

Одним из наиболее экономичных и часто использующих законов управления преобразователямидлясистемчастотно-регулируемого электропривода является закон регулирования с постоянством отношения величины выходного напряжения к частоте. Пр этом величина напряжения, как показано на фиг.2 для номинального N-кратного диапазона выход ных частот MFnvMNFn, растет прямо пропорционально с уветичением выходной частоты преобразователя. Процесс регулирования преобразователя на базе автономного инвертора напряжения в атом случае, в соответствии с базовым способом, обеспечивающем плавное безударное изменение формы выходной кривой, осуществляется по двухэтапному алгоритму, за счет постоянной поэтапной вариации длительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых в тактовых точках, рас- положенных в серединах тактовых интервалов 60-градусных продолжительно- стей. Модулирующие сигналы управления, разноименные с соответствующим полупериодом управления, формируются в серединах тактовых подинтервалов

протяженностью т С Е-гттг начало

первого из которых и конец последнего из которых синхронизируются с началом и концом тактового интервала. На поддиапазонах управления, на которых регулирование осуществляется за счет изменения продолжительности центральных на тактовых интервалах основных сигналов управления, длительность Я модулирующих сигналов управления варьируют в зависимости от текущих значений выходной частоты преобразователя и от количества I формируемых модулирующих сигналов внутри каждой половины тактовых интервалов в соответст- вии с выражением

Л

1 П

1

12 I F FnMN

0

5

0

5

0

5

0

5

При увеличении выходной частоты верхней частотной границей такого поддиапазона

с MN (2I - 1) является частота FI Fn о /01 i i на

которой продолжительность центрального основного сигнала управления снижается до близкого к нулю значения.

Внутри поддиапазонов управления, на которых в центрах тактовых интервалов формируются модулирующие сигналы управления, их (центральных сигналов управления) длительность Я изменяется по зависимости

1 2(1 -1)(21 - 1) + 1

, а продол6 F6 Fn MM (21 -Т)

жительность Я остальных модулирующих сигналовнаходитсякак

Я a В РХИЯЯ Фаница таких поддиапазонов наблюдается на частоFn MN

i3X h Т( -1)(2I -1) + 1

В пусковом режиме работы преобразователя, начиная с начальной пусковой час- i оты Fn /1 до частоты MFf), соответствующей выходу на номинальный режим, практически необходимо обеспечить повышенные по сравнению с номинальными величинами амплитуды выходного напряжения. Наиболее целесообразно при этом величину напряжения преобразователя в пусковом диапазоне FnrMFn поддерживать, как показано на фиг.2. повышенной и постоянной.

Режим формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя при этом видоизменяется. Вышеупомянутые значения граничных частот, переходных от одного поддиапазона регулирования к другому, определяются соответственно как:

„ (2l -1) + 1 121(21 -1)

с- Fn М N (21 -1)-1 F|2 (1-1) (21-1)

0

длядиапазоновчастотР| Р Fi+i длительности Я модулирующих сигналов управлеN -1

ния определяются как Я -

12FiN

а на

поддиапазонах, при которых Fi F N ГГ , продолжительности А и Я находятся как

; 1 , I ,

Л 6NlFnM F()J

v JCLi1)l2j-J)

6F 3 Fn (2i - 1)-1

Граница указанного здесь пускового режима достигается на частоте РПМ, после которой формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя производится по описанным выше базовым законам регулирования в номинальном режиме.

На фиг.З построены временные диаграммы управляющих сигналов Uy и линейного выходного напряжения преобразователя UAB соответственно для двух упомянутых поддиапазонов пускового режима. Кривые фиг.З,а относятся к поддиапазонам, на которых FI F FI-H , а циклограммы сигналов на фиг.3,6 иллюстрируют поддиапазоны регулирова- ния при Fi F FI. Так, задаваясь конкретными значениями М 2 и N 6, суммарная величи .а диапазона регулирования преобразователя от пусковой частоты Fn до верхней (номинальной)частоты составит M-N - 2 6 12. При этом от частоты Fn до MFn 2 Fn формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя будет осуществляться в соответствии с заявляемым законом пускового управления, а от частоты 2 Fn до частоты MNFn 12 Fn режим связанного регулирования частоты и напряжения должен соответствовать номинальному закону управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте. Начальное число I модулирующих сигналов управления внутри половин тактовых интервалов нахоМ N с , дится при этом как 6 (в случае

нечетной величины произведения M-N начальное значение I определяется как М N + 1 .

2

Соответственно для конкретного анализируемого варианта: для й: „ Р„.(2-6-0 + «1 67

г-. г- . г

при

к-

2-6(2.б-) 55

с

6ifn

2F;N 12-6 6F 432F

Fn-g M3-6-0-0 j5 приГ6 о.(6-0(2 6-1) И

n

l-(- 2Fn

J 1F

М

J IU , М F Mfrii ,11, О,

., t;fn

н

7Rf, 1

Г Г

63

56

. 4F/ для 1 4: ,

при F

,ъ

6F 63Fn

Г r 43

В Ъ для I - 3:

286F 7

г Ч I гпри Fn

о, - J. JL л L -

A 3feUrn 7Г/ A 6F ftTF

0

,.

5

0

5

0

5

,AAFn 2Fn 2TiT

Начиная с частоты F MFn - 2 Fn процесс дальнейшего увеличения выходной частоты преобразователя вплоть до верхней выходной частоты MNFn 12 FM сопровождается формированием управляющих сигналов в соответствии с вышеприведенными зависимостями, характеризующими номинальный закон управления г постоянством отношении величины напря тсения к частоте.

Дмя улучшения спектрального состава выходного напряжения преобёа-1 атслч в процессе пус- а г.пжет Сыть испсльзован принцип форги1рл;ан1 .я дополнительных компенсирующих импульсов При этом на периоде выходной частоты, внутри интервалов О 30. 150-180. S80-210 и 330 360 эл.град., как показано пунктиром в кривой UAB на фиг.З, формируются дополнительные модулирующие сигналы управления, ближние к границам полупериодов фронты которых синтезируют пути сдвига на ± 60 эл.град. ближних к серединам полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных модулирующих сигналов управления.

Продолжительность у дополнительных модулирующих сигналов определяется как у 0,27 ( г -Я ). Это позволяет обеспечить в пусковом режиме значительное, вплоть до нулевых значений, уменьшение амплитуд пятой и седьмой гармонических составляю щих спектра выходного напряжения преобразователя и улучшить тем самым качество протексзния режима пуска питающегося от преобразователя асинхронного двигателя, крайне чувствительного на пусковых частотах к возмущающим воздействиям.

Обобщенная блок-схема системы управления преобразователем, реализующей

rpetv Myio посл° дои rt :, ;юрмирг ьа ния управляющих сигналов на вентили пре образовзтеля, представлено на фиг -1 Система выполнена по вертикальному принципу, в качестпг- ОПЪМРНТНОЙ бати здесь наиболее целесообразна использовать цифровую микроэлектронику Выходной сигнал Ui блока 1 задания пыходнои частоты преобразователе, величина которого прямо пропорциональна значению часто ты, поступает на входы тактового генератора 2 и функционального М -N -- канального по выходу преобразователя 3. Частота следования импульсов генератора 2 определяй частоту выходного сигнал блока развертки 4, которая при этом на г-сог-1 диапазоне регулирования в 6 ро выше чч- ходной частоты преобразователя. Сигнал блока 4 постоянно сопоставляется в блоке формирования управляющих импульсов 5 е выходными сигналами Уз Функционального преобразователя 3. величина которых про порциональна текущим значениям положений фронтов ai--«2| управляющих импульсов внутри тактовых интервалом (см временные диаграммы на фиг.З). Укгпаннио значения а предварите;,ино определяю .-, расчетным путем в co Ti i i-тг i ми -выи , , занными зависимой «г..и, ;г ,, ii .o ми режим ,1-иТ.млр i ч J способа управления В мимог TO цлп-м г,, текущих значений сип зтп , блочок 3 блоком 5 вырлба1ьвамт я на bop миоосание фрон гоп упр.лзляюши (и ных) импульсов котор (о рчсппр ;.пЯ|Отог

ПО СОС ТВСТСТЧуГОЩИМ 10НТИЛГЧ ф ХфЭЗНО

мостовой схемы при погюни л шит-ого распределителя 6, СРПЗ iHi i . с пти тактовыми входами с сооткегствуощими выходами трехразрядного регис. рл 7, пере ключаемого тактовыми импульсами генератора 2.

Таким образом, описанный попядок формирования управляюи, -- сигнямов на вентили трехфазного прео&ригмвателя нагруженного на асинхронный электродпмы- тель, обеспечивает повышенное относительное значение выходнок/ напря жения в пусковом режиме, повышая тем самым качество и надежность осущестпления процесса пуска, являющегося одним из самых ответственных динамических режимов в системах частотно-регулируемого электропривода переменного тока на базе преобразователей частоты инверторного типа

Формула изобретения

5

0

5

0

0

5

0

5

. Способ управления трехфазным вен- гильным преобразователем с М-кратным связанным регулированием выходных частоты и напряжения преобразователя по закону постоянства отношения величины напряик- ния f частоте, заключающийся в том, 4)0 основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град. в последовательности - А, -С, +В, -A, t-C, -В, при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от О до 180 эл.град. формируют интервал проводимости вентиля, и течение другого полупериода от 180 до 360 элiрад формируют интервал закрытого состояния вентиля, внутри актовых интервалов проводимости от 60 до 120 эл град, и внутри тактовых интервалов закрытого состояния от 240 до 300 эл.град. спммефично относительно середин тактовых интервалов формируют разноименные с соответствующим интервалом модулирующие сигналы управления, коли- чесюо которых уменьшается с ростом выходной частоты преобразователя F, причем на начальной (пусковой) выходной частоте пиеоОроз влеля FM каждый тактовый ин- rormi n разоивйют на М N подинторвалов продолжительностью 1/6FnMN, а в про- н- t.ce регулирования (увеличения) выходной частоты формирование каждого 1-го от нача- ; a f актового интервала модулирующего сиг- .iia у пр тчленля, каждый из которых iJnpr H(iyi r,i в середине соответствующего i нового шдиит-ернала с продолжительно- . чо г, н .иало первого из которых на всем диапази- j регулирования синхронизировано с началом (актового интеррала, осуществляют при изменении выходной частоты преобразователя от Fn до F/ , при этом при изменении выходной частоты от FI+I до FH (Fi+i FI . FI ) внутри каждой половины TUKTOBJX .интервалов формируют по I, модулирующих cm налов управления с длительностью / . при FI F FI на каждой половине тактовых интервалов формируют по 1-1 модулирующих сигналов управления с длительное,чо Я. а 1-й модулирующий сигнал управления с продолжительностью А си(тезируют в центре каждого тактового интервала, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества и повышения надежности пуска фехфэзного преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель, в процессе пуска в диапазоне пусковых частот Fn-MFn значения граничных частот переходных от одного д 1апазона регулирования к другому, определяют как

c,(2l-1)-1 . n2(1 -1)(2I -1)

r.,)(2l-1) +

h|21 (21 - 1)

при Fi F Fi-n длительность Я модулирующих сигналов управления принимают равной Я (N-1)/12FiN, а при R F FI длительность Я модулирующих сигналов управления определяют как

1

1

6NlFnM F(2I -1)

а длительность Я центрального на тактовых интервалах модулирующего сигнала управления определяют из функциональной зависимости 1

I

Я

1 (|-1)(21-1) , 6 F 3 Fn М N(2 - 1)- 1

где I - количество модулирующих сигналов управления, формируемых внутри половин тактовых 60-градусных интервалов, включая центральный модулирующий сигнал на поддиапазонах Fi F Fi .

2, Способ по п.1,отличающийся тем, что внутри интервалов 0-30; 150-180; 180-210 и 330-360 эл.град. генерируют дополнительные модулирующие сигналы управления длительностью у 0.27 (г-Я), ближние к границам полупериодов фронты которых формируют путем сдвига на ± 60 эл.град. ближних к серединам полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных модулирующих сигналов управления, где г 1/6FnMN - продолжи

Использование: силовая электроника. Сущность: способ управления преобразователем с М-кратным диапазоном регулирования выходной частоты базируется на алгоритме 180-градусного управления, при котором в серединах зон управления внутри тактовых интервалов 60-градусных продол- жительностей формируются модулирующие сигналы управления. Длительность тактовых подинтервалов, внутри которых формируются модулирующие сигналы, при этом постоянна. В номинальном режиме работы за счет соответствующей модуляции длительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых в центрах тактовых интервалов, обеспечивается плавное безударное изменение формы выходного напряжения преобразователя. В пусковом режиме работы системы, в диапазоне частот Fn-MFn режим формирования управляющих сигналов видоизменяется за счет реализации новых функциональных зависимостей, связывающих параметры сигналов управления с текущими значениями выходной частоты преобразователя, с последующим плавным выходом на номинальный режим работы на частоте MFn. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Ј

Фиг.1

Фиг.2

№Fn

. ,T: j L..n-J3-..nT;

60

r r

I

Ч п п п п п п ni n

За

3 -, it) У.

Dr есп г п

--- г т w

I Г 1 П. П Г 1 П I

ai az

. .З

X

т

1 П