Устройство для управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1983 года по МПК H02P13/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазньаи преобразователем частоты с непосредственной связью Чнпч) в составе источника электропитания переменного напря- i жения стабильной частоты и амплитуды.

Источники переменного напряжёаия стабильной частоты используются на транспорте для питания различных по характеру нагрузок и, в часфност должны обеспечивать удовлетворительное качество электроэнергии при работе на нелинейную нагрузку (например, выпрямители на основе нулевых схем). Система управления пре60разователем частоты в источнике п&к. тропитания должна также обеспечивать исключение постоянной cocTiasляквдей В токе нагрузки и прео6|«зователя в режимах перегрузок и короткого замыкания.

Известно устройство управления трехфазным преобразователем частоты, которое содержит трехфазный згщающий генератор напряжения синусоидальной формы, генератор опорных напряжений, три канала регулирования фазных напряжений синусоидальной с корректирующими звеньями, выходы

которых через суммирующие элементы соединены с входами регуляторов tl3.

К недостаткам данного устройства относится то, что в режимах перегрузок и короткого замыкания из-за уменьшениям коэффициента усиления цепи обратной связи и по выходному напряжению возможно появление постоянной я субгармонических составляю10щих в направлении и токе йагрузки НПЧ.

Наиболее близким ПО техни1чёской сущности к предлагаемому является устройство для управления трехфа1зным непосредст венным преобразив ателем частоты с.нелинейной нагрузкой; содержащее задахкщий генератор трехфазного напряжения, три ка«ала регулирова ния, каждый из которых вклю20чает два сумматора, блок импульснофазового управления, датчик 1гока. нагрузки, цепь отрицательной обратной связи по ш1ходнс |у напряжению и цепь отрицательной обратной связи

25 по току нагрузки, подключенною черев интегрирующий фильтр к вт( суммирующему элементу, причем соответствующий выход задгиощего генератора подключен к первому сумматору, вы30 .ход второго сумматора подключен к ВХОДУ блока импульсно-фазового управления 2 1 Недостатком известного устройств является то, что при работе преобразователя частоты на нелинейную нагрузку, например выпрямитель на основе нулевой схемы выпрямления, потребляющий постоянную составляющу тока от преобразователя, выходное напряжение НПЧ существенно искажает ся, так как отрицательная обратная связь по постоянной составляющей то ка нагрузки воздействует на управляющее напряжение НПЧ, стремясь уме шить постоянную составляющую в токе нагрузки за счет увеличения постоян ной составляющей напряжения НПЧ, что противоречит алгоритму работы контура обратной связи по выходному напряжению. В результате в системе управления НПЧ возникают неуправляе мые колебания, искажающие выходное напряжение, которые могут привести к необходимости отключения преобразователя от нагрузки. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения преобра зователя частоты при работе на нелинейную нагрузку. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления трехфазным непосредственным преобра зователем частоты с нелинейной нагрузкой, содержащее задающий генера тор трехфазного напряжения и три ка нала регулирования, каждый из которых включает два сумматора, блок импульсно-фазового управления, датчик тока нагрузки, цепь отБИцательной обратной связи по выходному напряжению и цепь отрицательной обратной связи по току нагрузки, подключенную через интегрирукяций фильт к второму суммирукяцему элементу, причем соответствующий выход задакиц го генератора подключен кпервому сумматору, выход второго сумматора подключен к входу блока импульснофазового управления, снабжено в каж дом канале регулирования двумя комnapaTopcUvm, ключс сброса в интегри рующем фильтреj интегрально-дифференциальным звеном с ключом сброса и усилителем-ограничителем, включен ным между выходом первого и входом второго сумматоров, выход одного из компараторов предназначен для подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к управляющему входу ключа сброса интегрируквдего фильтра, вход интегрально-дифференциального звена предназначен для подключения к входу нелинейной нагр ки, выход подключен к первому сумма тору, вход другого компаратора подключен к выходу датчика тока, а выход - к управляющему входу ключа сброса интегрально-дифференциального) звена. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений , поясняквдие работу устройства управления. Устройство содержит задающий генератор- 1 трехфазного напряжения синусоидальной , выходы которого подключены через первые сумматоры 2-4 к усилителям-ограничителям 5-7, выходы которых через один из входов вторых сумматоров 8-10 и блоки 11-13 импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами тиристорных-комплектов 14-16. На выходе.каждой фазы НПЧ установлены силовые фильтры 17-19, датчики 20-22 токов нагрузки и датчики 23-25 выходного напряжения, измеряющие мгновенное значение напряжений на нагрузке 26-28. В цепях обратной связи по току установлены компараторы 29-31 напряжения и фильтры 32-34, имекицие интегрирующие конденсаторы 35-37 и ключи 38-40 сброса напряжения. Выходы цепей обратной связи по току соединены с входами вторых сумматоров 8-10. В цепяхобратной связи по напряжению установлены компараторы 41-43 токов и интегральнодифференциальные звенья 44-46, содержащие интегрирующие конденсаторы 47-49 и ключи 50-52 сброса напряжения. Выходы цепей обратной связи по напряжению подключены к входам первых сумматоров. Рассмотрим работу предлагаемого устройства (фиг. 1 , воспользовавшись эпюрами напряжений, поясняющими принцип действия устройства управления для одной фазы НПЧ (фиг. 2). На фиг. изображены выходное напряжение ЧЗЗ) одного из датчиков 23-25 и уровни срабатывания компараторов 29-31 напряжения (54, 55, выходные импульсы (.56)компараторов напряжения, сигнал датчика тока нагрузки НПЧ (57) и уровни срабатывания компараторов 41-43 тока (58, 59, выходной сигнал компаратора тока (60) , напряжение на интегрирующей емкости 47-49 звена в цепи обратной связи по напряжению (61 и напряжение на интегрирующей емкости 35-37 фильтра в цепи обратной связи по току нагрузки (62. Устройство работает следующим образом. В режимах работы НПЧ на нагрузку, не превышающую номинальную, в том числе и при работе на выпрямитель по нулевой схеме, выходное напряжение на нагрузке 26-28 стабилизируется на заданном уровне обратной связью по выходному напряжению. При этом напряжение 53 датчика (фиг. 2) превышает уровни 54 и 55 срабатыва- , ния. KONOiapaTOpa 54 и 55 и на его выходе формируются импульсы 56, осуществляющие сброс напряжения с конденсатора фильтра в цепи обратной. связи по току. Частота импульсов равна двойной частоте выходного напряжения 53 преобразователя, так как компаратор реагирует на обе полуволны напряжения НПЧ, При этом выходное напряжение 62 .фильтра {фиг. 2) практически равно нулю, обратная связь по току разорвана и не влияет на работу НПЧ, на нелинейную нагрузку, потребляющую постоянную составлякядую тока 57 (фиг. 2). В рассматриваемом режиме ключи 50-52 сброса в каналах обратной связи по выходному напряжению разомкнуты, так как сигналы датчиков 20-22 тока меньше уровней срабатывания компараторов тока 57-59. При этом замкнута отрицательная обратная связ с большим коэффициентом усиления по иизкочастотньм составлякнцим напряжения НПЧ, уменьшающая субгармоники и постоянную составляющую в выходном напряжении. Применение интегральнодифференциальных звеньев в контуре регулирования напряжения позволяет улучшить форму выходного напряжения преобразователя частоты за счет уменьшения низкочастотных и части высокочастотных гармоник, а включение этих звеньев в цепи обратной связи позволяет упростить задаклций генера тор 1 системы управления, так как снимает требование исключения посто янной составляющей в выходном сигна ле задающего генератора 1. В режиме перегрузки и короткого замыкания выходное напряжение НПЧ существенно уменьшается, а ток нагрузки возрастает (53, 57, фиг. 2). В этом режиме коэффициент усиления преобразователя частоты по напряжению уменьшается, что приводит к сни жению эффективности отрицательной.-обратной связи по напряжению. Кроме тог возможно появление неконтролируемой постоянной составляющей сигнала на выходе интегрально-дифференциаль ного звена из-за возрастания влияния паразитных параметров его усили теля, что может ухудшить переходный процесс возвращения системы в нормальный режим работы. В рассматрива мом режиме более эффективное уменьшение постоянной и субгармонических составляющих в выходном сигнале НПЧ (в заданном случае - ток нагруз ки ) может быть осуществлено с помощью обратной связи по току нагруз ки, которая начинает действовать, так как ключи 38-40 сброса напряжения (фиг. 1) размыкаются при уменьшении выходного напряжения преобразователя и прекращении генерации импульсов компараторами напряжения (56, 62, фиг. 2) . Возрастание сигнала датчика Тока (фиг.. 2) выше уровней срабатывания компараторов тока приводит к генерации ими импульсов, которые поступают на ключи 50-52 и осуществляют двухкратный за период выходной частоты сброс напряжения с конденсаторов 47-49 интегральнбдифференциальных звеньев 44-46, что исключает увеличение постоянной составляющей их выходных сигналов. При переходе в нормальный режим работы схеМа возвращается в исходное состояние, когда цепь обратной связи по току разорвана, а цепь обратной связи по низкочастотным составляющим напряжения имеет-большой коэффициент усиления. В прототипе цепи обратной связи по напряжению и току действуют одновременно, что вызывает искажения напряжения преобразователя при работе на нелинейную выпрямительную нагрузку. По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет исключить одновременное действие цепей обратной связи по напряжению и току при работе на нелинейную нагрузку.. При этом повышается качество выходного напряжения преобразователя и расширяются функциональные возможности системы электропитания с преобразователем частоты. Разделение работы обратных связей по напряжению и току в зависимости от режима нагрузки НПЧ исключает .возможность возникнов€ ПИЯ дополнительных искажений напряжения НПЧ при работе на нелинейную нагрузку, при этом качество выходного напряжения НПЧ повышается.. Формула изобретения Устройство для управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты и нелинейной нагрузкой, содержащее задающий генератор трехфазного напряжения и три канала регулирования, каждый из которых включает два сумматора, блок импульсно-фазового управления, датчик тока нагрузки цепь отрицательной обратной связи по выходному напряжению и цепь отрицательной обратной связи по току нагрузки, подключенную через интегрирующий фильтр к второму суммирукнцему элементу, причем соответствующий выход задающего генератора подключен к первому cyte aropy, выход второго сумматора, подключен к входу блока импульсно-фазового управления, отличающееся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, оно снабжено в каждом канале регулирования двумя компараторами, ключом сброса в интегрирующем фильтре, интегрально-дифференциальным звеном с ключом сброса и усилителем-ограничителем, включенным между выходом первого и входом второго сумматоров, вход одного из компараторов предназначен для подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к управляющему входу ключа сброса интегрирующего фильтра, вход интегрально-дифференциального звена предназначен для подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к первому сумматору, вход другого компаратора подключен к выходу датчика тока.

а выход - к управляющему входу ключа сброса чнтегрально-дифференциального звена.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Иванцов В.В., Подьяков Б.А..

и др. Стабилизация выходного напряжения системы электроснабжения переменного тока с преобразователем частоты. -Сб. Преобразовательная техника, Новосибирск, НГУ-НЭТИ, 1978, с. 165, 167.

2.Авторское свидетельство СССР ббЗОбЗ, кл. Н 02 Р 13/16, 1979.

S4

5S ПППППППППП nCLnnnnn |Пппппппппппд