Непосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M5/27 H02P13/16 

i

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь. зовано при построении непосредственных преобразователей частоты, предн значен,ных, например, для частотного управления электроприводом или для автономных систем электроснабжения.

Известны непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) с широтно-имиульсным регулированием (ШИР) выходного напряжения, построенные на.ключах с двухсторонней проводимостью с примене1яием способа циклической работы ключей. Ключи поочередно подключают нагрузку к многофазному источнику питания на определенный, заданный интервал времени. Для осуществления ШИР Bbixof ного напряжения между переключениями ключей формируют паузу, на время которой нагрузка закорачивается парой тех же ключей 1 и С2 ..

Недостатком известных НПЧ с ШИР является то, что длительность пдузы .формируют только в зависимости от тре. ,

буемой величины среднего или действую. шего значения выходного напряжения. Между тем, как мгновенное значение выходного напряжения определяется мгно. венным значением напряжения пнтання, НПЧ, то мгновенное значение тока в ключах при переменном характере нагрузки может достигать опасной для них величины. В транзисторных ключах превышение номинального тока вообще не10допустимо, в тирксторных ключах с искусственной коммутацией это может привести к срыву коммутации, если не предусмотрен значительный запас по величине коммутирующей емкости. Отгле15ченный недостаток существенно снижает надежность НПЧ с ШИР выходного напряжения.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является преоб20разователь частоты, реализующий циклический алгоритм работы ключей . Такой НПЧ выполнен в виде трех мосто. вьйс схем на ключах переменного тока. представляющих собой транзистор или тиристор в диагонали постоянного тока .диодного моста. Управление ключами тфоизводится от системы управления (СУ). СУ состоит из задающего 1гене- pa тора (ЗГ) пилоообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов компаратора, на другой вход которого подается напряжение уставки с потенциометра. Выход компаратора посту пае т на две кольцевые перерасчетные схемы, формирующие импульсы управлени для ключей НПЧ. Дополнительные логические элементы служат для формирования определенной последовательности импульсов и суммирования основных им. пульсов на интервалах подключения на, грузки к сети с импульсами на время паузы. Изменением величины уставки напряжения регулируется qзeднee значение выходного напряжения. При переменном характере нагрузки возможно увеличение тока в НПЧ до недопустимых для ключей значений, так какв схеме не на ложено ограничение по мгновенному значению тока на величину паузы. Цель изобретения - повышение надеж ности НПЧ за счет ограничения мгно,венного значения гока нагрузки. Поставленная цель Достигается за сче того, что в преобразователе, содержащем силовую схему на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фаз выходы KOTopbtx через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого поДрсоединен к источнику тока уставки, систему управления, состоящую из задающего генератора Пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из вхо дов второго компаратора, другой вход котор&го соединен с источником напряже ния уставки, а выход - со входом распределителя импульсов, выходы которого подсоединены ко входам указанных управ ляемых ключей, между выходом второго компаратчфа и входом распределителя км пульсов дополнительно включены последо вательно соединеннью логический элемен 2 ИЛИ и триггер, причем второй вход элемента 2 ИЛИ подсоединен к выходу первого компаратора, его выход - ко вх ду установки нуля триггера, едини шый установочный вход которого соединен с .выходом задающего генератора. На фиг. 1 приведена принципиальная схема НПЧ; на фиг. 2 - эпюры импульсов управления (индексы при сигналах соответствуют номерам выходов и входов блоков); на фиг, 3 - эпюра выходного напряжения преобразователя; на фиг, 4 диаграммы, поясняющие работу первого компаратора, НПЧ включает в себя силовую схему Ij I состоящую из трех мостовых схем 2, 3 н 4, собранных на ключах 5-22 с двусторонней проводимостью, трехфазный датчик тока 23, расположенный на входе НПЧ и выходом подсоединенный) ко входу 24 первого компаратсра 25, на второй вход 26 которого подается напряжение от источника 27 уставки тока, и СУ 28, состоящую из ЗГ пилообразного напряжения, второго компарат:ора 3Q, один вход 31 котфого соединен с выходом ЗГ 29, а второй вход 32 - с источником 33 уставки напряжения логического элемента 2 ИЛИ 34, один вход 35 которой соединен с выходом компаратора 30, а второй вход 36 - с выходом KOMtfapaTopa 25, триггера 37, вход 38 установки нуля которого соединен с выходом схемы 2 ИЛИ 34, а вход 39 установки единицы с выходом ЗГ, и распределителя импульсов 4О, вход 41 которого соединен с выходом триггера, а выходы- с ключами5-22силовой схемы 1 НПЧ, Рассмотрим работу преобразователя. Задающий reHepaTqp 9 формирует напряжение пилообразной формы с частотой 6f 1C,где f,-- частота переключения ключей. Во втором компараторе 30 происходит сравнение этого Напряжения, подаваемого на вход 31с выхода ЗГ, с регулируемым уровнем напряжения уставки от источника 33, подаваемого на вход 32 указанного компаратора, в результате на его вькоде формируются импульсы, которые поступают на вход 35 схемы 2 ИЛИ 34, Если токи на выходе трехфазного датчика тока 23 не превьпиают тока уставки от источника 27, то на выходе 36 первого компаратора 25 импульсы отсутствуют, и последовательность импульсов на входе 35 полностью повтсфяетчгя на вькодэ 38 схемы 2 ИЛИ, Триггер 37 с|раздельными-входами управляется импульсами по единичномувходу 39 и импульсами по нулевому входу 38 и служит для формвровяяйя управляющих импульсов 41, подаваемых на блок распределителя импул сов 40i На фиг. 2 обозначено: интервал времени, когда. нагрузка подключена к сети, tj.- когда она закорочена. Средняя величина выходного напряжения НПЧ пропорциональна соотношению t i/J: 5где 11; 1/бГк . Распределитель 4О формирует последовательность импульсов управления 42 ключами 5-22 силовой схемы 1 НПЧ. Заштрихованные участки управляющих импульсов указывают на паузу в въкоОе.ном напряжении. Узкие импульсы длительностью и.необходимы для организации закоротки нагрузки на время пау,зы. Пунктиром (фиг. 2) показаны для случая малоиндуктивной нагрузки экспоненты нарастания и спадания токов в ключах. Если ток на выходе 24 датчика тока 23 достигает значения тока уставки на выходе 26, например, в момент времени t;, или 12(фиг. 3), то на выходе 36 компаратора 25 появляются импульсы, которые Добавляются к последовательное ти импульсов 38 на выходе схемы 2 ИЛ 34. Они приводят к срабатыванию триггера 37 в соответствующие моменты времени. Благодаря этому прекращается нарастание тока в ключе и закорачивает ся нагрузка - ток нагрузки упадает. Поясним процесс формирования блоком 25 последовательности импульсов Q. На выходе выпрямителя датчика тока 23 формируется последовательность импульсов тока (фиг. 4, изображена упрощен.но). Нулевые полки соответствуют моментам времени, когда нагрузка закорочена и оторвана от сети. Частота этих импульсов жестко связана с алгоритмом работы ЗГ 29 и равна 6 t. Моменты времени t, tj, ,...tn совпадают с началом и концом пилы ЗГ. Если амплитуда импульсов тока превосходит уровень от сечки , TO на выходе компаратора 25 (по схеме это триггер Шмнтта) будет также последовательность импульсов с частотой 6 fk;. Для наглядности (фиг. 2 проиллюстрирован случай, когда ток нагрузки на каком-то отрезке времени непрерывно превосходитток уставки. Если же такое превышение происходит эпизодически, то импульсы на выходе блока 25 имеют меньшую частоту следования, но их появления жестко синхронизировано с работой задающего генератора. Таким образом, с помощью общей для всех ключей дополнительной схемы, которая отсутствует в известных НПЧ, про изводится ограничение тока назаданном уровне, т.е. на паузу в выходном напряжении накладывается дополнительное ограничение по мгновенному значению тока в ключе. За с чет этого достигается повь(шение надежности НПЧ причем не происходит нарушейий в алгоритме работы ключей. Форма выходного на пряжения преобразователя при ШИР показана на фиг, 3. Формула изоб ре т е ни я Непосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулироьамием выходного напряжения, содержащий силовую схему на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источйику тока уставки, сиотему управления, состоящую из задающего генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из вхоДов второго компаратора, другой вход которого соединен с источником напряжения уставки, а выход - со входом распределителя импульсов выходы которого noftсоединены ко входам указанных управляемых ключей, отли-чающийся тем, что, с целью-повышения надежности, за счет ограничения мгновенного значения тока нагрузки между выходом второго компаратора и входом распреде- ли теля импульсов включень последователь но соединенные логический элекюнт 2 ИЛИ и триггер, причем второй вход элемента 2 ИЛИ подсоединен- к выходу компаратора, его выход - ко входу установки нуля триггера, а вход установки единицы последнего соединен с вь1ходом задающего генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Карташов Р. П., Кулши А. К., Чехе т Э. М. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев, Техника, 1979, с. 150. 2.Авторское свидетельство СССР NO 483746, кл. Н 02 М 5/27, 1975. 3.Патент США 3493838, кл. 321/7, 197О.

«М

П

441