Способ управления непосредственным преобразователем частоты для регулируемого электропривода с широтно-импульсным регулированием (шир) выходного напряжения и непосредственный преобразователь частоты для регулируемого электропривода Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 H02M5/27 

ловой цепи тиристорного коммутатора включены три тиристора: два в катодных группах выходных фаз Л и С и один в анодной группе выходной фазы В. При таком включении тиристоров фазы нагрузки оказываются подключенными к двум линиям сети переменного тока. При этом входное линейное напряжение может быть представлено как мгновенное значение выпрямленного на«прязхения U{j в трехфазной схеме Ларионова (фиг. 2) . Выходное напряжение на рассматриваемом интервале образуется как доля напряжения . Аналогично описанному формируются импульсы стационарной последовательности на других интервалах времени.

Нестационарная последовательность импульсов выходного напряжения обусловлена Чторядком чередования режимов работы преобразователя (выпрямительного или инверторного) и наличием угла упреждения подачи управляющих сигналов в инверторном режиме.

В момент, времени 1 (фиг. 2) тиристоры катодных групп переводятся в так называемый режим инвертирования тока, причем характер протекания процессов в этом режиме зависит от фазовых соотношений между сигналами управления и напряжением питающей сети. В связи с тем, что в режиме инвертирования сигналы управления подаются на тиристоры с некоторым углом упреждения 3 по отношению к моменту равенства фазных ЭДС сети, в паузах между регулируемыми по длительности тактовыми сигналами управления ШЙР возможны два режима работы силовой цепи: режим закорачивания нагрузки, при котором вне зоны углов на нагрузке формируется нулевой уровень напряжения (фиг. 16) и режим работы, при котором на нагрузке формируются импульсное напряжение под действием разности потенциалов линий сети в зоне действия угла fb (фиг. 1в)

Этот режим также поясняется при помощи схемы замещения коммутатора/,; приведенной на фиг. 16. В момент времени 1 в анодной группе коммутатора включен тиристор, связывающий нагрузку с фазой сети наинизшего потенциала (tc), а коммутируемые тиристоры катодных групп V 1 и V 2 переключаются на линию низкого потенциала, но так как этот момент приходится на интервал действия угла (Ь , то режим закорачивания нагрузки не образуется и в фазах нагрузки формируются импульсы напряжения под действием разности потенциалов фаз сети сс и be (на фиг. 2 эта разность отмечена итриховкой) . В момент времени 2 разность потенциалов обращается в нуль и схема переходит в режим закорачивания нагрузки (фиг. 1в) .

Величина и фаза нестационарной последовательности импульсов зависят от фазовых соотношений сети и сигналов

управления, а также от их частотных соотношений.

Наличие нестационарной последовательности импульсов выходного напряжения, которое мбжет регулироваться при изменении угла р , позволяет осуществлять плавный пуск асинхронного двигателя без дополнительного усложнения схемы.

Недостаток известного способа заключается в том, что наличие двух последовательностей импульсов, одна из которых зависит от частотных соотношений входного и выходного напряжений, может быть причиной низкочастотных биений выходного напряжения и как следствие, колебаний момента и скорости двигателя. Даже при скачкообразном уменьшении угла упреждения при введении ШИР до минимальной величины, допустимой по условиям коммутации тока в преобразователях частоты с токоограничивающими реакторами на входе или при питании от источников с соизмеримой с нагрузкой мощностью, величина угла упреждения оказывается достаточно большой (13°-20), что приводит к биениям напряжения и момента. На частотах, кратных значению f f m, где f - частота, m - число фазсети, амплитуды биений напряжения достигают 20% от номинального значения напряжения.

Цель изобретения - подавление биений выходного напряжения, устранени колебаний момента и скорости вращени двигателя.

Поставленная цель достигается тем что при использовании известного способа длительность тактовых сигналов управления ШИР изменяют по сигналу коррекции, величина которого определяется величиной напряжения нестационарной последовательности импульсов в паузах ме)кду тактовыми сигналами управления ШИР.

Сигнал коррекции получают путем выделения интервалов времени, соответствующих углам упре;кдения подачи управляющих сигналов инверторного режима, и преобразования их в две -серии прямоугольных- сигналов с последующим интегрированием тех импульсов серии, которые пригЛдят в паузы между тактовыми сигналами ШИР.

На фиг. 1а представлена принципиальная схема вентильного коммутатора НПЧ на фиг. 1в и 16 - схемы замещения НПЧ для двух моментов времени его работы; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие известный и предлагаемый способы управления НПЧ соответственно; на фиг. 4 и 5 - принципиальная схема, реализующая предлагаемый способ управления НПЧ.

Предлагаемый способ управления НПЧ как и известный, обеспечивает формирование выходного, напряжения и, равного сумме напряжения стационарной последовательности 2Шмр напряжения нестационарной последовательности Величина напряжения 1)2, в каждый отдельный момент времени работы преобразователя определяется величиной угла упреждения и количеством импульсов нестационарной последовательности приходящихся на моменты пауз между тактовыми сигналами управления ИИР, которые , в свою очередь, определяются фазовыми и частотными соотношения ми §ходным и выходным напряжениями. Для поддержания постоянства величины выходного напряжения Кг при любых изменениях напрялсения измеря ют величину этого напря:;сения, преобразуют его в сигнал коррекции и в за висимости от величины этого сигнала изменяют ширину тактовых сигналов уп равления ШИР, что приводит к соответ ствующему изменению составлянлцей напряжения U2ujv(p следовательно, и к стабилизации напряжения lij . Способ формирования сигнала корре ции, поясняющийся временными диаграм мами на фиг. 3, состоит в том, что и трехфазного входного напряжения 1) выделяют интервалы времени, соответствующие углу упреждения ft , и преоб разуют их в две серии прямоугольных импульсов: для положительных и отрицательных полуволя входного напряжения/ С помощью логических пре образований сигналов . xvr i сигналов управляющего генератора Гц Г выделяют те сигналы Q и Q соответственно для положительной и отрицательной полуволн напряжения и, ко торые участвуют в формировании неста ционарной последовательности импульсов выходного напряжения. После суммиров.ания сигналов серий 1 и Q2 и логического преобразования с тактовым сигналом управления ШИР М выделяют се рию сигналов Q, которые попадают в па узы между сигналами М . Из полученной серии сигналов Q вьщеляют постоянную составляющую сигнала коррекции, которым воздействуют на ширину тактового сигнала управления М . Наиболее близким по технической сущности является преобразователь с блоком управления fs. Однако такой преобразователь не мо жет подавлять биения выходного напрялсения. Непосредственный преобразователь частоты для осуществления предлагаемого способа, содержащий группы управляемых вентилей и блок управления включгиощий управляющий генератор с мо дулированной и немодулированной после довательностью импульсов, который содержит регулятор длительности тактовых импульсов ШИР, трансформаторный индикатор полярности напряжения сети формирующий две системл трехфазных напряжений ее взаимным фазовым сдвигом, равным необходимому углу упреж.дения Р , последовательно с обмотками которого включены первичные обмотки импульсных трансформаторов и диоды, образующие совместно с резисторами трёх -1мпульсные схемы выпрямления, снабжен шестью трехвходовыми логическими элементами ИЛИ, тремя двухвходовыми логическими элементами И, двумя триггерами, интегратором, инвертором и двухвходовым логичес1 :им элементом ИЛИ, причем вторичные обмотки упомянутых импульсных трансформаторов соединены с одними четырьмя трехвходоиыми логическими элементами ИЛИ, выходы которых подсоединены ко входам двух симметричных триггеров, нормальные выходы которых связаны со. входами двух двухвходовых логических элементов И, вторые входы которых через два других трехвходовых логических элемента ИЛИ связаны с немодулированными выходами управляющего генератора, их выходы через двухвходовый логический элемент ИЛИ соединены с одним из входов третьего двухвходового логического элемента И, второй вход которого через инвертор связан с выходом генератора тактовых сигналов управления ШИР, а выход через интегратор подключен к выходу регулятора длительности тактовых импульсов ШИР. Узел управления (фиг. 4) содержит трансформаторный индикатор 1 полярноети напряжения сети (ИПН) с двумя группами вторичных обмоток 2 и 3, образу-, ющих шестилучевун звезду, причем группа обмоток 3 соединена по схеме |3игзаг. Последовательно с обмотками ИПН включены первичные обмотки малоМощных импульсных трансформаторов 415, вторые концы которых соединены с диодами 16-27, образуюдих с резисторами 28-31 четыре трехфазных выпрямителя с нулевыми выводами. Дополнительный узел состоит из четырех логических трехвходовых элементов ИЛИ 32-35, входы которых соединены с соответствующими выходс1ми вторичных маломощных импульсных трансформаторов 4-15 (фиг. 4 и 5), а выходы - с соответствующими входами двух симметричных триггеров 36 и 37. Нормальные выходы этих триггеров соединены с одним из входов двух двухвходовых логиче9ких элементов И 38 и 39, вторые входы которых соединены с выходами логических трехвходовых элементов ИЛИ 40 и 41, на входы котррых подают сигналы TV / ГУ выхода управляющего генератора. Выходы логических элементов 38 и 39 через огический элемент ИЛИ 42 связаны с огическим элементом И 43, второй вход которого связан через инвертор 44 с. задатчиком 45 т аистовых модулирунцих сигналов, а выход - со входом интегратора 46, выход которого подсоединен к регулятору ШИР. При подключении ИПН к трехфазовой сети (фиг. 3) с выходов вторичных об моток импульсных трансформаторов 415, соедййеннык в звезду, в моменты равенства фазных напряжений при переключении тока через диоды 16-27 снимаются узкие импульсы напряжения. Импульсы а , Ъ , с (фиг. 4) соответ ствуют равенству положительных фазны напряжений сети, а импульсы X, V, 2 отрицательных фазных напряжений. Ана логично импульсы а , Ъ ,с и xjvl z соответствуют равенству положительны и отрицательных фазных напряжений, н с углом упреждения {3 по отношению к соответствующим сигналам a-z, . С выходов трансформаторов сигналы поступают на входы логических эле ментов ИЛИ 32-35, которые выполняют роль сумматоров сигналов по сериям а , Ь ; с , а ,Ъ,си х, у , z. ; х , Z. с выхода логического элемента 32 серия сигналов , Ъ , с поступает на записывающий вход триггера 36, а серия сигналов X , v , z: - на считыва ющий вход того же триггера, выполняю щего роль формирователя серии прямоугольных сигналов отображения вьщеленных интервалов времени, соответствующих углам упреждения (Ь . Ана логичную роль выполняет триггер 37, формирующий серию сигналов отображения Cx,v,zЛогические блоки И 38 и 39 перемн жают серии сигналов . и с со ответствующими немодулированными бло ками сигналов управляющего генератор , г Г , Г , г которые на fe с - о временной диаграмме фиг. 3 oт eчeны штриховкой, и формируют две серии си налов Q и Q, соответствующих стаци онарной последовательности импульсов положительной и отрицательной волны выходного напряжения. После сложения этих двух серий сигналов с помощью логического элемента ИЛИ 42 и перемножением этой суммы с тактовым сигна лом модулятора М 45, поступающим через инвертор 44 на вход элемента и 4 с выхода последнего снимается серия сигналов Q., соответствующая тем сигналам нестационарной последовательно ти, которые попадают в паузы меж,цу тактовыми сигналами управления ШИР. Интегратор 46, на вход которого поступает серия сигналов Q, выделяет среднее значение сигнала коррекции, поступающего на управляющие входы регуляторов ШИР. Испытания для сравнения известного и предлагаемых способа и устройства управления проводились на .макете непосредственного преобразователя частоты при частотном управлении аси хронным и синхронным электроприводам мощностью до 75 кВА при питании как от гфомьаоленной сети с токоограничивающими реакторами на входе, так и от дизель-электрической станции мощностью 100 кВА, т. е. в условиях, при которых угол упреждения р не может быть ниже 15-20 эл.град. При управлении преобразователем по известному способу на частотах, кратных 150 Гц, в выходном напряжении наблюдались биения напряжения с амплитудой до 30% от минимальной величины. Это вызвало насыщение машин, резкое возрастание тока статора, колебания ; момента машин вплоть до их опрокидывания. Предлагаемым способом при соответствующем подборе постоянной времени интегрирующего устройства биения напряжения частотой выше 8 Гц подавляются Полностью, а биения частотой 8 Гц снижаются до 1-2%. При этом достигается снижение тока статора, повышение устойчивости и равномерности }Сода машин. Формула изобретения 1.Способ управления непосредственным преобразователем частоты для регулируемого электропривода с широтноимпульсным регулированием (ШИР) выходного напряжения, формируемым в виде суммы стационарной последовательности импульсов, задаваемой тактовыми сигналами управления ШИР, и нестационарной последовательности импульсов, обусловленной чередованием выпрямительного и инверторного режимов работы преобразователя с углами упреждения подачи управляющих сигналов в инверторном режиме, отличающийся тем, что, с целью подавления биений выходного напряжения, устранения колебаний момента и скорости вращения двигателя, длительность тактовых сигналов управления ШИР изменяют по сигналу коррекции, величина которого определяется значением напряжения нестационарной последовательности импульсов в паузах между тактовыми сигналами управления ШИР. 2.Способ по п. 1, отличающийся ем, что сигнал коррекции получают путем выделения интерва- . лов времени, соответствующих углам упреждения подачи управляющих сигнашов инверторного. режима преобразования их в две серии прямоугольных сигналов с последующим интегрированием тех импульсов серии, которые приходят в паузы между тактовыми сигналами ШИР. 3.Непосредственный преобразователь частоты для регулируемого электропривода , содержащий группы управляем х вентилей и блок управления, который включает в себя управляющий генератор с модулированной и немодулированнои последовательностью импульсов, йключаюший в себя регулятор длительности тактовых импульсов ШИР, трансформаторный индикатор полярности напряжения сети, формирующий две системы трехфазных напряжений со взаимным фазовым сдвигом, равным необходимому углу упреждения Р , последовательно с обмотками которого включены первичные обмотки импульсных трансфор маторов и диоды, образующие совместно с резисторами четыре трехимпульсные схемы выпрямления, отличающийся тем, что, с целью подавления биений выходного напряжения, устранения колебаний момента и скорости вращения двигателя, он снабжен шестью трехвходовыми логическими элементами ИЛИ, тремя двухвходовыми логическими элементами И, двумя триггерами, интегратором и инвертором и двухвходовым логическим элементом ИЛИ, причем вторичные обмотки упомянутых импульсных трансформаторов соединенЕлс оани ми четырьмя трехвходо ымн-лспРичёскими элементами ИЛИ,,выходы которых подсоединен jto-входам двух симметричных триггеров, нормальные выходы которых связанысо входами двух двухвходовых логических элементов И, вторые входы которых через два других трехвходовых логических элемента ИЛИ связаны с немодулированннми выходами управляющейго генератора, их выходы исрсз двухвходовый логически элемент ИЛИ соединены с одяим из входов третьего двухсходового логического элемента И, второй вход которого через инвертор связан с выходом генератора тактовых сигналов управления ШИР, а выход через интегратор подключен к выходу регулятора длительности тактовых импульсов 01ИР. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 490238, кл. Н 02 Р 13/30, 1970.2.Авторское свидетельство,, № 505119, 1ш. Р . свйдетрпь.тво О F13/06, 1971. 530411, кл. Н 4. Авторское свидетельство ССОР по заявке № 2509577/24-07, 21.07.77. 5. Авторские свидетельство СССР 221146, кл. Н 02 М 7/515, 1968.

а

Vl

W

ft

оФм.1

М

Га

Гх

Гь /i/

Гс

Гг

01 Q

-/

импульсы - SlUP

ч

/

«

//.

т

g if 1

-Si-t

ll

sCabcSfraYrbVKj

)

I

(

Фаг.}