Способ управления трехфазным преобразователем частоты Советский патент 1979 года по МПК H02P13/16 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЬМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в трехфазных преобразователях частоты с явно или неявно выраженным звеном постоянного напряжения, предназначенных для частотно-регулируемого электропривода« Известны способы управления трехфазными преобразователями частоты дл регулируемого электропривода путем ш ротно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения, по которым переключение управляемых вентилей производится путем сравнения треугольных или пилообразных несущих сигналов с трехфазными синусоидальными, трапецеидальными или треугольньши модулирующими сигналами 1. Недостатками этих способов реализации ШИМ являются повышенная сложность осуществляющих их систем управления, увеличенные требования к быстродействию силовой части этих систем, ограничение верхнего предела регулирования выход ного напряжения, что приводит к разнице между максимальным выходным напряжением при ШИМ и напряжением в контуре постоянного тока преобразователя, Известен также способ, реашизуемый преобразователем с UMM выходного напряжения с синфазными прямоугольныки модулирующими и несущими сигналами, имеющими соотношение периодов, выраженное целыми числами, и совпадающими по фазе 2, Такой способ регулирования напряжения называют широтно-импульсным регулированием (ШИР)4 Преимуществами регулирования напряжения методс««1 ШИР являются уменьшенная по сравнению с ШИИ частота переключения силовых ключей и отсутствие субгармонических составляющих, а недостатками - более низкий порядок высших гармонических составляющих в выходном напряжении, чем при ШИМ, и их относительно высокое содержание. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления трехфазным преобразователем частоты для регулируемого электропривода путем широтно-импульсной модуляции прямоугольными модулирукяцими и несущими сигналами с замыканием всех фаз нагрузки на один из полюсов питания на интервалах нулевых пауз между импульсами напряжения 3. Недостатками данного способа, основанного на , являются более низ кий порядок высших гармонических сос тавляющих в BFJXoiiHOM напряжении к их относительно высокое содержание Цель изобретения - увеличение по рядка высших гармонических составля.ющих в выходном напряжении для умень шения пульсаций вра даю1дего момента двигателя привода и упрощение реализации . Указанная цель достигается благодаря тому, что при формировании сигналов управления, не изменяя длитель ности несущих cигнaJтoв, формирующих первые (последние) две трети импульсов полуволны напряжения в кгдадой фа зе, укорачивают со стороны заднего (переднего) фронта несущие сигналы, формирующие последнюю (первую) треть полуволны напряжения в каждой фазе. На фиг. 1-5 представлены диаграммы сигналов управления, реализующих предлагаемый способ управления трехфазным преобразователем частоты, и соответствующие формы фазного напряжения, причем диаграммы на фиг. 1 и 2 соответствуют двуполярной системе сигналов управления; на фиг. 3 и 4 - однополярной, диа1раммы на фиг, 5 поясняют управление вентилями преобразователя при различных фазовых сдв гах тока в случае однополярной систе мы сигналов; на фиг, 6 представлена блок-схема генератора управления, фо мирующего сигналы для реализации предлагаемого способа управления тре фазным преобразователем частоты. На фигурах приведены следующие обозначения: М и Мд - модулирующие сигналы для катодной и анодной групп одной фазы, Н и дН - соответственно несущий и укороченные несущие сигналы, Г и Гд - сигналы управления вен тилями катодной и анодной групп, Вх, BO и И„ сигналы вк.ггючения вентилей в выпрямительном и инвертор ном режимах соответственно для катодной и анодной групп, и - выходное фазное напряжение, и/ - входной сигнал на регулирование частоты, Цу-входной сигнал на регулирование н пряжения. На фиг. 1а приведены синфазные прямоугольные модулирующие сигналы М и Мд для одной фазы трехфазной систем1Т и несущие сигналы Н при кратнос ти отношений их периодов, равном 12, Все управляющие сигнальл Г, и Гд, приведенные на фиг. 1-5, сформированы на основе модулирующих и несущих сиг Нсшов, приведенЕ{ых на фиг. 1а. На фиг. 1 представлены двупо.чярные сигналы управления с укорочен ьз 1и со стороны згзднего фронта яес- утими сигналами, формирующими последнюю треть полуволны напряжения. При этом на фиг. а укорочен один несущий сигнал, формирующий последний импульс напряжения, а на фиг. 16 оба сигнала, На фиг, 2а и б приведены двуполярные управляющие си1-налы Ij, и Г соответственно с одним и двумя укороченными со стороны передних Фронтов несущими сигналами. Формирующими первую треть полуволны напряжения. фазного напряжения на фиг. 1 и 2 соответств 1от приведенным на Ксьждом из них сигналам управления. На фиг. За и б приведены однополярные сигналы управления Г и Гд , эквивалентные двуполярным сигналам на фиг. 1а и б, т,е, соответственно с укорочением одного и двух несущих сигналов, формирующих последнюю треть полуволны напряжения, Однополярные сигналы управления с укорочением несущих сигналов, формирующих первую треть полуволны напряжения, эквивалентные сигналам на фиг. 2а и б, приведены соответственно на Фнг. 4а и б. Фазные напряжения Uq, не зависят от того, применена одно- или двуполярная система управляющих сигналов, т.е. идентичны соответственно на фиг. 1а и За, фиг. 16 и Зб и т.д. На примере однополярных сигналов управления, приведенных на фиг. За, диаграмма на фиг. 5 поясняет включение вентилей одной фазы в выпрямительном и инверторном режимах в зависимости от величины отстающего сдвига сигналов индикаторов направления тока. Согласно предлагаемому способу управления трехфазныгу преобразователем частоты широтно-модулированное напряжение формируется следующим образом . В преобразователях с явным звеном постоянного напряжения - автономных инверторах напряжения управление производится, как правило, двуполярными управляющими сигналами. Включение управляемых вентилей катодных и анодных групп силовой схемы производится согласно управляющим сигналам без слежения за фазой тока. В моменты пауз между импульсами напряжения включаются все вентили одной группы, а замыкание тока нагрузки всех фаз производится по контурам, содержащим обратные диоды вентилей данной группы. Сигналы управления, сформированные из синфазной системы модулирующих и несущих сигналов одинаковой ширины для всех трех фаз, образуют напряжение, регулируемое способом ШИР, т.е. не модулированную по длительности последовательность импульсов напряжения в трехфазной системе. Сужение одного несущего сигнала, формирующего последний rj г:с5лувс5.пне импульс напряжения (фиг, 1а), приводит к модуляции, т.е. перемене знака или изменению амплитуды, калсдого вто рого импульса, если период напряжения выходной частоты формируется из импульсов, Модуляция всех импульсов напряжения происходит в том случае, если сужаются все несущие сигналы на последней трети полуволны при данной кратности и модулирующих сигналов - два сигнала (фиг. 16). Сужение импульсов, формирующих первую треть полуволны напряжения (фиг. 2в и б), приводит к аналогичным формам напряжения, но имеющим по отношению к исходным, регулируемым способом ШР, фазовый сдвиг в противоположную сторону. Однополярные сигналы управления iMoryT применяться только при наличии индикаторов направления тока, которые принципиально необходимы в преоб разователях частоты без явно выраженного звена постоянного напряжения непосредственных преобразователях частоты с искусственной коммута;1,ией где ток инверторного режима пропускается через управляемые вентили. В этом случае управляемые вентили включаются либо в выпрямительном, ли бо в инверторном режиме. При наличии модулирующего сигнал катодной (анодной) группы М(М) вы прямительный режим катодной (анодно группы вентилей В(Вд) включается п наличии сигнала управления Г (Г ) если отсутствует сигнал индикатора направления тока анодной (катодной) группы Тд (Т), а при формировании противоположной полуволны напряжения, т.е. при действии сигнала Мр(М выпрямительный режим включается на интервалах между сигналами управления Гд(Г) при наличии сигнала инди катора направления тока катодной (анодной) группы Т(Тд). Инверторный режим катодной (анод ной) группы вентилей И(HQ) при действии сигнала М(М) включается на интервалах между управляющими сигналами (Гр), если отсутствуют сигналы индикатора направления тока анодной (катодной) группы TO(T), и на интервале отстающего сдвига тока при действии сигнала Мд(М) - при наличии управляющих сигналов Гд(Г) Управление вентилями преобразова теля по описанному алгоритму при ра личных величинах отстающего сдвига ка иллюстрируют диаграммы на фиг. 5 б, в, гид, а формируемое в этом с чае фазное напряжение - на фиг. 5е, Для формирования управляющих сиг налов, реализующих предлагаемый спо соб управления трехфазным преобразо вателем частоты путем широтно-импул ной модуляции, может быть применен несколько видоизмененный генератор управления (фиг. б), пpимeняe tый для преобразователей с ЮНР. Входной сигнал на регулирсвание частоты Uj.. поступает на ведущий генератор 1.Его выходной сигнал поступает на кольцевую пересчетную схему 2 и синхронизирующий вход генератора 3 несущих сигналов. На другой вход генератора 3 поступает входной сигнал на регулирование напряжения преобразователя и,, . Сигналы с выхода пересчетной cxe;vfci 2 запускают шести к анальные формирователи 4 модул1 р 1.с;цик М и 5 вспомогательных м (сдвинутых по фазе на 30 по отношению к модулирующим) сигналов. Фop 1иpoвaтeль 6 сигналов управления логическоГ обработкой поступающих на его входы сигналов М, Mj Н и ДН формирует управляющие сигналы г. Предложенный способ управления увеличивает порядок высших гапмонических составляющих в выходном напряжении, что уменьшает пульсаци-и вращающего момента двигателя привода и упрощает систему управления, Т ормула изобретения Способ управления трехфазньп. преобразователем частоты для регулирования электропривода путем широтноимпульсной модуляции выходного напряжения прямоугольными модулирующими и несущими сигналами с замыканием всех фаз нагрузки на один из полюсов питания на интервалах нулевых пауз между импульсами напряжения, о тличающийся тем, что, с целью увеличения порядка высших гармонических составляющих в выходном напряжении для уменьшения пульсации вращающего момента двигателя привода и упрощения реализации, при формировании сигналов управления, не изменяя длительности несущих сигналов, формирующих первые (последние) две трети импульсов полуволны напряжения в каждой фазе, укорачивают со стороны заднего (переднего) фронта несущие сигналы, формирующие последнюю (первую) треть полуволны напряжения в каждой фазе. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Сандлер А.С. Гусяцкий Ю.М. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией, М., Энергия, 1968, с. 20-23. 2.Тренихин В.В. Преимущества синхронного способа регулирования частоты в инверторе с широтно-импульсНЕЛМ регулированием выходного напряжения. Сб.трудов ЛИИЖТ, вып. 336, Л.,1972 3.Дорошин Е.Р. Принципы широтноимпульсного регулирования напряжения преобразователей частоты. Э.П, Преобразовательная техника , Информ-научно-техиический сб., вып.6 (65) , 1975, с. 17-20 - прототип .

О

М 180° г«о° 300°

ч

н

UL-LTIJЛР

Гк Га

hFt

f

LJIП-J

0°60 120° ,80° joo °

Kf

ЪРЬ

k

li

м

т

VS

Ьъ

ininr

Й/г./

Фиг.2

ut.3

0° 60° ,20° ,80° гао т° Jso а п 1-1

тг

Га

EL

И.

п п

:

и U

Риг.4