Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХСПУБЛИН С 19) О 27 4(5) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ У(72) В.Г.Иашьянов,Г.Б.Фридман, С.А,С ллельно ми вы 10И.Черевык,ков и В,В.Фоме ежд нам ая наны межз нулево ый науч о конст о-исследов укторский силовых п тв "ВНИИпр л техтом, .,-фази первую луинститу устрой 27(088,8) ское свидетельство СС Н 02 Р 13/16, 1978,ое свидетельство СССР Н 02 Р 13/16, 1979. ое свидетельство СССР 806917/24-07,/30, 1979.",54) (57) СПОС НЕПОСРЕДСТВЕН ЧАСТОТЫ с ест тиристоров, вентилей, кБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЬКЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИственной коммутациейдержащим три комплектаый из которых выполнен в виде двух групп вентил включенных по встречно-пара схеме, причем своими выходнь водами комплекты соединены м собой в треугольник, к верши которого подключена трехфазл грузка, фазы которой соедине ду собой по схеме "звезда бе го провода", заключающийся в что формируют сфазированную ным напряжением питающей сет систему импульсных последовательцостей, формируют вторую трехазную нмпульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, затем сравнивают импульсные последовательности первойи второй систем и формируют управляющие импульсы в моменты совпадениимпульсов двух последонатсльностейо т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сделью улучшения формы тока в фазахнагрузкидлительность импульсоввторой последовательности задаютравной /2,11454 10 Однако при питании трехфазной нагрузки, включенной по схеме "звезда 45 беэ нулевого привода", токи в фазах нагрузки содержат гармоники высшего порядка при прямоугольной форме тока вентильных групп преобразователя.Наиболее близким к предлагаемому 50 является способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты, суть которого заключас.тся в том, что при управлении трехФаэным непосредственным преобраэова телем частоты, содержащим три комплекта вентилей, каждый иэ которых содержит две группы вентилей, включенныхИзобретение относится к преоб 1 разовательной технике и может бытьиспользовано в тяговом и промышленном частотно-управляемых электроприводах и в электротермических установках,Известен способ управления непосредственным преобразователем частоты с щ-фазным выходным напряжением, содержащим 1 групп встречнопараллельно включенных вентилей,гуть которого заключается в том,что в каждой группе в течение периода выходного напряжения включают вентили одного направления, выключают их ивключают вентили другого направления,причем перед каждым включением вентилейодного направления выдерживают паузу,равную 1/2 ъ части периода выходногонапряжения 13 20Недостатком известного способаявляется то, что при питании трехфазной нагрузки, включенной по схеме1"звезда без нулевого провода , ипрямоугольной форме тока вснтйльных 25групп токи в фазах нагрузки содержат гармоники высшего порядка, таккак кривая тока отличается от сину,соидальной.Известен способ управления непос- З 0редственным преобразователем, заключающийся в том, что формируют сфазированную с фазным напряжением питающей сети первую систему импульсныхпоследовательностей, формируют вторую,трехфазную импульсную последовательность с частотой, равной выходнойчастоте преобразователя, сравниваютимпульсные последовательнссти первойи второй систем и формируют управляющие импульсы вентильных групп в моменты совпадения импульсов двух последовательностей С 23. 29 йпо встречно-параллельной схеме, причем выводами низкой частоты вентильные комплекты включены между собой в треугольник, к вершинам которого подключена трехфазная нагрузка, соединенная в звезду, формируют сфазированную с в-фазным напряжением питающей сети первую систему импульсных последовательностей, формируют вторую трехфазную импульсную последовательность с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнивают импульсные последовательности первой и второй систем и формируют управляющие импульсы вентильных групп в моменты совпадения импульсов двух последовательностей, причем длительность импульсов второй последовательности задают равной 2 ЛНедостатком дайного способа управления является наличие в фазных токах нагрузки высших гармоник, так как Форма тока отлична от синусоидальной.Цель изобретения - улучшение формы тока в фазах нагрузки.Поставленная цель достигается тем, что согласноспособу управления трехфаэным непосредственным преобразователем частоты, содержащем три ком" плекта вентилей, каждый из которых выполнен в виде двух групп, включенных по встречно-параллельной схеме, причем своими выводами низкой частоты комплекты соединены между собой в треугольник, к вершинам которого подключена трехфаэная нагрузка, Фазы которой соединены между собой по схеП11 ме звезда без нулевого провода, заключающемся в формировании сфазированной с п 1 -Фазным напряжением питающей сети первой системы импульсных последовательностей, Формировании второй трехфазной импульсной последовательности с частотой, равной выходной частоте преобразователя, сравнении импульсных последовательностей первой и второй систем и формировании управляющих импульсов в моменты совпадения импульсов двух последовательностей, длительность импульсов второй последовательности задают равной 71/2. На Фиг. 1 представлена прииципиальная схема силовой части непосредственного преобразователя частоты, реализующего предлагаемый способ на Фиг. 2 - временные диаграммы, по5429 4импульсы вентилями мостов, сформированные блском 14, поступают на управляющие электроды вентилей в случаесовпадения управляющих импульсов 5мостами 4-9 блока 15 с управляющгтггимпульсами Фазосдвигающего блока 14.Таким образом, формируготся Фаэныенапряжения, приложенные к нагрузке сзаданной частотой. В отличие отспособа-прототипа в предлагаемом способе имеются интервалы времени длительностью 7/6,.когда из шести вы-прямителей работает только один,что приводит к изменению формы то"ка как в выпрямителях, так и в фазах нагрузки, Поясняют это, используя схему замещения преобразователя, изображенную на фиг. 3.На Фиг. За изображена схема замещения, соответствующая интервалувремени (О -- ), когда работаютЯ.два выпрямителя из шести 4 и 8, гдеС 7с е, е З -напРЯжеииЯна выходе мостов 4-9 г 4 - 1 - токи.% 5мостов 4-9; г , 2 , у - сопротивлеф. - гф Я ф Зния Фаз нагрузки.Для указанного промежутка времени справедливо следующее уравнение,составленное по закону контурных то ков е 4 е Если е Ф е = е; е= Згк то тогда Фазосдвический блок 3 114 ясняющие принцип работы преобразователя по предлагаемому способу; на Фиг. 3 а,б - схемы замещения преобразователя дпя двух режимов работы (а работают две вентильные группы, б работает одна вентильная группа), на Фиг. 4 - структурная схема блока задания частоты тока; на Фиг. 5 временные диаграммы, поясняющие работу блока задания частоты тока,на Фиг. 6 - временные диаграммы фазного тока нагрузки (а лри управлегнии известным способом, б при управлении предлагаемым способом)Непосредственный преобразовательч 15 частоты, осуществляющий предлагаемый способ, содержит питающий трехфазный трансформатор с тремя вторичными обмотками 1-3, к которым попарно встречно-параллельно подключены шесть трехфазных выпрямительных мостов 420 9, составляющих три комплекта. Выходы встречно-параллельных мостов соединены в замкнутый треугольник, к вершинам (фазным выводам) А, В,С которого подключена нагрузка 10,Фа 25 эы которой 11-13 соединены в звезду. Система управления преобразователем содержит нереверсивный Фазосдвигающий блок 14, формирующий первую последовательность импульсов, сфазированную с ггг-фазным напряжением питаю 1 ггей сети, логический блок 15 Формирования импульсов управления вентилями преобразователя, блок 16 задания частоты выходного тока, который 35 формирует вторую Фазную импульсную последовательность О,г, гв, О, О 7 ь 138ОВ с часготойг, равной выходной частоте преобразователя, и длительностью импульсов, равной гг/2, Сдюрмиро ванные блоком 15 импульсы управления поступают на управляющие электроды вентилей мостовых выпрямителей, которым в данный момент разрешено работать. Способ управления непосред ственным преобразователем частоты пояеняют на примере его работы.На вход питающего трансформатора подается трехфазное напряжение сетевой частоты, которое со вторич . ных обмоток 1-3 его подводится к шести трехфазным выпрямительным мостам 4-9. Импульсная последовательность заданной выходной частоты преобразователя, сформированная блоком 16, 55 управляет мостами 4-9 так, что каждый из шести мостов работает 1/4 часть Г периода выходной частоты, Управляющие На фиг. Зб изображена схема. замещения преобразователя, соответствую-щая интервалу ( и/6- - ) времени, когвда работает один выпрямитель 4.Очевидно, что ток выпрямителя г 4на этом интервале увеличится в 1,5 раС4 = 2 = 1 5Как видно из Фиг. 2, токи выпря"ф г ф г 6 ф 17 ф 18 ф имеют ступенчатую форму, что в конечном счете улучшает форму тока в фазах нагрузки, токи которой определяются иэ выражений 1 А= (г, +7) - (г + г ) В= (В+ В) (+г 7) ф+. эгающий блок 14 и логи Формирования импуль1145429 61 ДН кф тным с да при управлени сабо аемым спас те выходи (фиг. 5 б) формирует пульсов + задающего тью импул г, д). им А 61 й нонной гар ьносв,вующее значение каждом случае 1ки деляют сов - известные устройства и описаны, например в 1,2 1. Блок 16 задания частоты выходного тока легко может быть реализован с помощью логическога сложения двух импульсных последа нательностей, частоты которых отличаются вдвое.Пример реализации блока задания частоты выходного тока 16 дан на фиг, 4. Блок 16 содержит задающий геО нератор 17, делитель 18 частоты на два, два пересчетных кольца 19 и 20 и шесть схем совпадения 21-26. На фиг, 5 приведены временные диаграммыр поясняющие работу блока 16. Задаю щий генератор 17 формирует первую последовательность импульсов с частотой, вдвое большей частоты выходного тока преобразователя (фиг. 5 а).На выходе делителя 18 частоты форО мируется вторая последонательнаст импульсов с частотой, равной част ого тока преобразователПересчетное кольцо 20 три последовательности А , +В , 1 С с частотой генератора 17 и длител ьсов, равной д (фиг. 5 где 1 - действующее значение основ 1 Нной гармоники тока нагрузки1- действующее значение токанагрузки;Чем меньше отличается от единицы коэффициент К , тем больше кривая приближается к синусоиде и тем меньше н ней содержится высших гармоник.Действующее значение тока нагрузФки вычисляют по формуле 1 (, 1 = О, 1 1где 1 - амплитуда тоа при управлении предлбом,принципу, начастот.Оценивая эффективность пр ма-о способа управления по с са способом-прототипом по ф га вн 55 Степень приближения кривой тока к синусаидальнои оценивкоэд 4 ициента искажения с помощ Пересчетное кольцо 19 формирует вторые три последовательности импуль сонА, " В, + С , частота которых вдвое меньше. Складывая логически импульсные последовательности соответственно +А, +А"; +В , +С ", +С, +В"; -А, +Аи; -В+С"; -С+Вц, получают выходные напряжения блока задания частоты выходного тока преобразователя Ол., О, О, О, 08, Оэ для управления соответствующим трехфазным выпрямителям (фиг. 5 и, к, л)Как видно из фиг, 5, длительность импульса. задания частоты тока О -ф Оэ ранна м/2Задаюший генератор, делитель частоты, пересчетнае кольцо и схема совпадения широко известные устройства.Таким а 16сновной гармоник где ампл а разложения в р ), которые сим пут Лиг сительно оси ордина составляющую. ма которого соответсторма которого соответс7,Ф 1= 7,4; 1,. ях 1,= 8.1 коэффициент искажения нагрузки;для фиг. ба ф-=0963 7 70,71.8 я Аиг б 7 4Кз.Офбб Таким образом, предлуправления позволяет улвыходного тока преобразпростой и надежной схемпри одновременном обеспких энергетических покаабразователя, выпрямите учшить формуователя при е управления ечении высозателеи прекоторог аботатьи. м алном открытии в тока1находяфурье кривыхметричны отнимеют толькоДля тока, фавует фиг. баа для тока,вует фиг. ббВ обоих случОпределяюкривых токов- = 0,994,агаемый спас