Способ управления транзисторным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении непосредствен- ныхс.преобразователей частоты, предназначенных, например, для частотно управляемых электроприводов или для автономных систем электроснабжения.

Известны способы совместного и раздельного управления ключами преобразователя, содержащими встречнопараллельно включенные вентили 13 и

2.: .

в первом случае импульсы управления подают одновременно на два вентиля в противоположныхгруппах, во втором раздельно, в зависимости от информации с датчика тока (ДТ).

При совместном управлении в преоб.разователе в моменты переключения ключей из-за конечного времени включения и выключения вентилей наблюдается перекрытие к-лючей и через них протекают сквозные токи. Этот недостаток в наибольшей степени проявляется в транзисторных ключах переменного тока. Сквозные токи ухудшают энер-. гетические показания преобразователей и снижают надежность работы.

Наиболее близким по технической сущно.сти к предлагаемому является

раздельный способ управления, при котором с помощью датчика тока измеряют направление тока нагрузки, формируют сигнал разрешения на включение транзисторной группы одного направления тока и сигнал запрета на включение транзисторной группы другого направления тока, что исключает одновременную работу обеих транзисторных

10 групп 2.

Однако применение в преобразователях частоты раздельного управления также имеет существенные недостатки, связанные с наличием зоны нечувстви15тельности ДТ. При отсутствии информа ции о токе нагрузки в зоне нечувст-г вительности раздельное управление но осуществить двумя путями. При входе в зону нечувствительности можно

20 снять импульсы управления с работающей группы транзисторов и подать на противоположную группу. При этом имеют место разрыв тока нагрузки и пауза. Второй вариант: с момента вхождения

25 в зону нечувствительности можно задергживать снятие импульсов управления с транзисторов работающей группы и подачу импульсов на противоположную группу. В этом случае имеет место

30 йестоковая пауза, но разрыв тока отсутствует только для определенной ве личины тока, есхпи задержка нерегулируемая, или для всех значений тока, если паузу сделать регулируемой, зависящей от-тока нагрузки. В последнем случае схема усложняетсд, а в кривой тока пауза имеет существенную величину. Наличие пауз ухудшает каче ство выходного тока преобразователя. Цель изобретения - улучшение качества выходного тока за счет исключения пауз между полуволнами тока. Поставленная цель достигается тем что при использовании способа управления транзисторным непосредственным преобразователем частоты, заключающегося в том, что измеряют направление и мгновенное значение тока, нагрузки с помощью датчика тока, имеющего зону нечувствительности, формируют импульсы управления транзисторами групп преобразователя и при токе, большем зоны нечувствительности датчика тока, эти иг/тульсы управления попеременно с частотой выходного напряжения подают на транзисторы одной из групп, обеспечивающей протекание тока нагрузки соответствующего направления, при токе нагрузки, меньшем тока зоны нечувствительности датчика тока, импульсы управления подают на транзисторы обе их групп одновременно. Указанный способ может быть реализован в НПЧ с циклическим алгоритмом работы ключей, если последние состоят из двух встречно-последовательно включенных транзисторов с параллельно соединенными с каждым из них диодом, причем импульсы управления поступают на базы транзисторов раздельно. На фиг.Да приведена схема преобра зователя частоты; на фиг. 1б- схема транзисторного ключа на фиг. 2 схема системы управления,- на фиг. 3эпюры импульсов управления прейбразо вателем на фиг. 4 - схема одной фазы преобразователя; на фиг. 5 - временные диаграммы формирования выходных напряжения и TOKadl gJ , у АВ UCA линейные напряжения сети). Устройство срдержит транзисторные ключи 1 переменного тока, сопротивление 2 нагрузки, датчик 3 направления тока, блок 4 формирования запретов, схема 5 нуля тока, блок; б фор мирования импульсов, задаклдий генератор 7, блок 8 запрета, А, В,С- вход ные выводы. Рассмотрим на примере транзисторного НПЧ реализацию предлагаемого способа. Такой преобразователь часто ты выполнен в виде трех мостовых схе на вышеупомянутых ключах (фиг. 1).К Выходным выводам каждого моста подключена нагрузка 2. Последовательно с нагрузкой в каждой фазе подключены датчики тока 3, которые выдают информацию о направлении тока нагрузки. Система управления состоит из задающего генератора 7, выход которого подсоединен к входу блока б формирования импульсов управления. Выходы блока 6 подсоединены к одному из Входов схем 2 И, которые образуют блок 8 запретов. На вторые входы схемы 2 И поступают сигналы с блока 4 формирования запретов. В свою очередь, , блок 4 состоит из триггера, двух схем 2 Н-ЙЕ и схемы 5 нуля тока. ВхоДы блоки 4 соединены с выходами датчика 3 направления тока. Принцип работы устройства, реализующего способ управления, состоит в следуквдем. Задающий генератор 7 формирует сигналы 9 пилообразной формы (фиг. 3), которые сравниваются с регулируемым уровнем постоянного напряжения, в результате чего формируются импульсы 10, длительность которых определяет величину паузы в выходном напряжении преобразователя частоты. Импульсы 10 поступают на вход блока 6 , в котором формируются последовательности импульсов 11. Рассмотрим на примере фазу А преобразователя. Сигналы о токе 1д и Тд с датчика 3 тока поступают на входы RS-триггера (фиг. 2). Предположим, что на выходе датчика 3 тока сигнал 1д О (ток проводят однииз транзисторов) и сигнал 1д 1 (противоположная группа других транзисторов не проводит ток). При этом на выходе тоиггера устанавливаются потенциалы 1 (выход) и О (выход) . На выходе блок.а 5 устанавливается потенциал 1. Поэтому,-согласно схеме (фиг. 2), импульсы 12 поступают на транзисторы преобразователя, а импульсы 13 запрещаются. Если сигнал 1д 1, сигнал Тд О, то проходят импульсы 13, а запреща- ются импульсы 12. Таким образом, устраняется путь для протекания сквозного тока. Если сигналы 1д , что имеет место в зоне нечувствительности датчика тока, или при первом включении преобразователя, или в моменты изменения тока, благодаря схеме 5 нуля тока, на вьЬсоде которой устанавливается потенциал О, разрешается прохождение импульсов 12 и 13 одновременно. Но, так как ток нагрузки при этом практически равен нулю, то переключение транзисторов происходит значительно быстрее и время перекрытия, а следовательно, и длительность импульсов сквозных токОв существенно сокращаются, т.е. режимы работы транзисторов становятся более безопасными и энергетические показатели преобразователя улучшаются.

Указанные три режима работы преобразователя для двух направлений тока нагрузки и работа в зоне нечувствительности датчика тока иллюст рируются эпюрами импульсов управления на фиг. 3.

Таким образом, в преобразователе осуществляется способ комбинированного управления: раздельное управление вне зоны нечувствительности датчика тока и совместное управление в пределах зоны нечувствительности. В результате путем устранения пауз улучшается форма выходного тока и путем ограничения сквозных токов улучшаются также энергетические показатели преобразователя.

Дополнительно для иллюстрации сути способа рассмотрим случай ши отно-импульсного регулирования (ШНР йыходного напряжения преобразователя по фиг. 1, воспользовавшись диаграммами на фиг. 5, на интервалах кривой тока (i ) tQ - t ; t - tj, t - t . Импульсы управления подаются на один из транзисторов ключа переменного тока, который участвует в формировании положительной или отрицательной полуволны тока. Таким образом реализуется раздельное управ ление группами транзисторов. При этом, как видно из фиг. 4, полностью исключается путь для протекания сквоных токов в цепи выключаемого и включаемого транзистора, которые- обуслов лены конечным временем переключения транзисторов. Если на отмененных интервалах импульсы управления подавать одновременно на оба транзистора ключа, т.е. использовать совместное управление транзисторными группами, то 90здается путь для протекания сквозного тока, как показано пунктиром на фиг. 4. Величина его зависит от схемы цепей управления базовым током транзисторов, наличия индуктивностей и т.д., но исключить сквозные токи при совместном способе управления невозможно. На интервалс1Х кривой тока tx, - tj - . tg- t, T.e, в зоне нечувствительности датчика тока нагрузки при смене полярности

тока, с целью сохранения непрерывности кривой тока с помощью простой системы управления реализуется со1вместно управление: .импульсы управления подаются на оба транзистора в ключах переменного тока одновременно. На указанных интервалах сквозные токи возможны, но так, как при этом коллекторный ток транзисторов близок нулю, то соответствугацим управлением их базовым током сквозные токи можно практически исключить.

Таким образом, полезный эффект изобретения состоит в существенном уменьшении сквозных токов.в НПЧ при отсутствии пауз в кривой тока.

Формула изобретения

Способ управления транзисторным непосредственным преобразователем частоты, состоящий в том, что измеряют направление и мгновенное значение тока нагрузки с помощью датчика тока, имеющего зону нечувствительности , формируют импульсы.управления транзисторами групп преобразователя и при токе, большем зоны нечувствительности датчика тока, эти импулбсы управления попеременно, с частотой выходного напряжения, подают на транзисторы одной из групп, обеспечивающей протекание тока нагрузки соответствующего направления, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного тока за счет исключения пауз между их полуво нами, при токе нагрузки меньшем тока зоны нечувствительности датчика тока, импульсы управления пбдают на транзисторы обеих tpynn одновреме|НО.

источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Карташов Р.П. и др. Тиристорные преобразователи частоты с исРусственной коммутацией, Киев, Техника, 1979.

2.РУтманис Л.А. и др. Способы управления преобразователями частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией. Рига, Знание, 1976.

ABC

К

Л5

-frt L

I fie

А 8 С