Способ регулирования выходного напряжения трехфазно трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью

)5 Н 02 М 5 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Киевский институт инженеров граж данской авиации им. 60-летия СССР (72) Б.Е.Пьяных и В.В.Сорокун (53) 621.314.572(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР М 920992, кл. Н 02 М 5/2, 21.05.80Авторское свидетельство СССР М 1107249, кл. Н 02 М 5/27, 24.05.83.Авторское свидетельство СССР Р 1292138, кл, Н 02 М 5/27, 13.08.85. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ТРЕХФАЗНО-ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННО 11 СВЯЗЬЮ(57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Цель изобретения - улучшение йормы кривой тока нагрузки путем снижения козфйициента гармоник выходного напряжения преобразователя . Устр-во содержит три трехЬазных моста 1-3 на полностью управляемых ключах переменного тока (4-9 для моста 1). Нестипроводная трехйазная нагрузка 0-12 подключена к выходам мостов 1-3. К одноименным выходам этих мостов подключены два трехцепевых короткозамыкателя 13 и 15 в виде диодных мостов с ключами 14 и 16 на выходе. Структурная органиэация преобразователя позволяет обеспечить на нагрузке четырезначения напряжения: О, 11, 20, 4311 где 11 - йазное напряжение пи- а9 тающей сети. Суть способа заключается в реализации с помощью широтно- импульсного регулирования трехзон; 0"11 Ь-Г 211, Г 20 -311. 7 ил, СВ1534690 Составитель Г.11 ыцьпседактор Н.Лазаренко Техред И.Ходанич КорректорВ.Гирняк оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 54 Тираж,483ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретени113035, Москва, Ж, Раушска Подписное и открытиям при ГКНТ ССС аб д. 4/51534690 40 Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к Йлассу систем управления преобразо-ателями частоты с непосредственной ,связью, и может быть использовано в частотно управляемом электроприводе и системах электропитания спецпотребителей.Целью изобретения является улучшение йормы кривой тока нагрузки.На Фиг. 1 представлена принципиальная схема трехйазно-трехйазного преобразователя частоты для регулирования выходного напряжения, в котором реализуется предлагаемый способ; на фиг. 2 - йункциональная схе,ма системы управления преобразовате,лем (нумерация выходов системы управления соответствует нумерации ключей 20 на Фиг. 1, для управления которыми эти выходы предназначены); на Фиг.3- б - временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя и эпюры кривых выходного напряжения: при регулировании выходного напряжения от нуля до У, (фиг, 4), при регулировании выходного напряжения от Пт до 21 (йиг. 5), при регулированйи выходного напряжения от 20 до 30 (Фиг. 6). (нумерация диаграмм на , Фиг. 3-6 соответствует нумерации клю, чей на фиг, 1 и обозначениям наФиг. 2); на Фиг. 7 - зависимости ко, эффициентов гармоник Кот отношенияЦ35где Б, - первая гармоника;П вьп11 - действующее значение выходноговыхнапряжения для прототипа (кривая а) и для предлагаемого преобразователя (кривая б).Преобразователь частоты (фиг 1)содержит три трехфазно-однофазныемостовые схемы 1-3, образующие триФазы преобразователя. Каждая из этик 45схем построена на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, например, ключи 4-9 для мостовой схемы 1, которые осуществляютподключение комбинаций Фазных, линейных и нулевых напряжений к трехфазной нагрузке 10"12. Кроме того, преобразователь включает в себя два трехфазных диодных моста 13 с ключом 14 и15 с ключом 16. Выводы переменного55 тока моста 13 подключены к,одним (например, к левым по схеме Фиг. 1), а моста 15 - к другим (например, к правым по схеме Фиг. 1) одновременным выводам трехфазной нагрузки 10-12.Выводы постоянного тока этих мостовподключены к силовым выводам полностью управляемых ключей 14 и 16 с односторонней проводимостью,Принцип регулирования выходногонапряжения преобразователя заключается в том, что диапазон регулированияразбивают не на две, как в прототипе,а на три зоны и в каждой из них осуществляют широтно-импульсное регулирование (ШИР) выходного напряжения.Рассмотрим суть предлагаемого способа регулирования по схеме Фиг. 1 ивременным диаграммам Фиг. 3-6. В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до У (отношение У,Яв ц,меняется от нуля до 0,95). На временных диаграммах Фиг. 4 приведеныимпульсы управления 1 Х -1 Х , 1 Х -1 Х,при регулировании в этой зоне.Эпюра 10 а показывает йорму выходногонапряжения на нагрузке 10 выходнойфазы 1 преобразователя по Фиг, 1. Приэтом на интервале С -С, замыкают ключи 4 и 14 (диаграммы 1 Х , 1 Х фиг,4)и нагрузка 10 оказывается подключенной к Фазному напряжению Фазы А трехфазной сети А, В, С. На интервалес- замыкают ключи 14 и 16 (диаграммы 1 Х,4, 1 Х ) и все нагрузки 10-12 закорачивают. Затем вновь на интервалей - замыкают ключи 4 и 14 и нагрузку 10 подключают к Вазе А и т.д, Наинтервале -в замыкают ключи 9 и14 (диаграммы 1 Х , 1 Х,) и нагрузку10 подключают к йазному напряжениюфазы С в противоположной полярности.На интервале с -в замыкают ключи 14и 16 и нагрузки 10-12 закорачиваюти т.д. На промежутке времени -путем поочередного замыкания ключейб и 14 при замкнутом ключе 16 (диаграммы 1 Х, 1 Х,4, 1 Х 6) нагрузку 10то подключают к Фазному напряжениюВ, то закорачивают, На промежутке8-9 нагрузку то поочередно подклю-,чают к Фазному напряжению А в противоположной полярности, то закорачивают, На промежутке й -ю нагрузкуподключают к йазному напряжению Фазы С, а на промежутке й-ц " к фазному напряжению Фазы В в противоположной полярности. Далее процессы всхеме повторяются, Б результате нанагрузке 10 йормируют кривую выходного напряжения на эюре 10 а йиг.4.При увеличении длительности интер 5 15346валов-й 1-1 , ,и уменьшениидлительности интервалов ,-выходное напряжение возрастает и принулевой паузе С,-1 , выходное напряжение достигает значения 1. , а5форма кривой приобретает вид йо зпюре 10 б (Фиг. 4). Это верхний пределпервой зоны.В первой подзоне второй зоны выходное напряжение меняется от Г до120(Отношение 11, /Б ыменяется от0,95 до 1,35). На временных диаграммах фиг. 5 приведены импульсы управления 2 Х -2 Х, 2 Х 4, 2 Х 6 при Регулировании в этой подзоне. Эпюра 10 апоказывает форму выходного напряженияна нагрузке 10 выходной фазы 1. Приэтом на интервале 16 - замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы 2 Х 4, 2 Х 7 фиг.5) 20и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между фазами А и В, На интервале ,-С,д замыкают ключи 4 и 16 (диаграммы 2 Х 4,2 Х, ) и нагрузку 10 подключат к Фазному напряжению фазы А. Затем вновьна интервале 1 -й замыкают ключи4 и 7 и нагрузку 10 подключают к линейному напряжению АВ и т.д, На интервале 4- нагрузка 10 остается втечение всего интервала подключеннойк фазе"А с помощью замкнутых ключей4 и 16, На интервале й -й замыкаютключи 4 и 9 (диаграммы 2 Х , 2 Х ) инагрузка 10 оказывается подключеннойк линейному напряжению между ФазамиА и С в противоположной полярности.На интервале С -1 т замыкают ключи9 и 14 (диаграммы 2 Х , 2 Х ) и нагрузку 10 подключают к Фазному напряжению фазы С в противоположной полярности и т.д. На интервале й- нагрузка 1 О остается в течение всегоинтервала подключенной к фазе С впротивоположной полярности с помощью 45замкнутых ключей 9 и 14. На интервале С-й,0 нагрузку 10 с помощью ключей6, 9 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению междуфазами В и С, то к фаэному напряже Онию Фазы В (первую половину интервала), поток к фазному напряжению фазыВ (вторую половину интервала). Наинтервале й,ц-йнагрузку 1 О с помощью ключей 5, 6 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами А и В в противоположной полярности, то к фазномунапряжению фазы А в противоположной 90 6полярности, потом к Фазному напряжению фазы А в противоположной полярности, На интервале Сц-Т нагрузку 10 с помощью ключей 5, 8 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между Фазами С и А, то к фазному напряжению фазы С, потом к фазному напряжению фазы С, На интервале , -,э нагрузку 10 с помощью ключей 7, 8 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С в противоположной полярности, затем к Фазному напряжению фазы В в противоположной полярности, Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения по эпюре 10 а фиг.5. При дальнейшем увеличении длительности интервалов 1 -й,-й, и уменьшении длительности интерваловвыходное напряжение возрастает и при нулевом интервале 1-С , выходное напряжение достигает значения -2 Б а форма кривой приобретает вид по эпюре 10 б Фиг, 5. Это верхний предел первой подзоны второй зоны.Во второй подзоне второй эоны выходное напряжение меняется от Г 2 П, до "ГЗБ (отношение 11 И ,меняется от 1,31 до 1,65). На временных диаграммах фиг. 6 приведены импульсы управления Зу 4-ЗХ 9 ЗХ 4 ЗХ 16 при Регулировании в этой подзоне. Эпюра 1 Оа показывает форму выходного напряжения на нагрузке 10 выходной Фа" зы 1. При этом на интервале замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы ЗХ 4, ЗХ,г Фиг. 6) и нагрузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению между Фазами А и В. На интервале г.1-1 продолжают оставаться замкнутыми эти ключи, а нагрузка - подключенной между фазами А и В. На интер" вале -йз замыкают ключи 4 и 16 и нагрузку 10 подкюпочают к Фазному напряжению фазы А. Далее вновь замкнутыми ключами 4 и 7 нагрузку 1 О на интервале 1 -Т подключают к линей 5 4ному напряжению между фазами А и В, и т.д. В течение всего интерваланагрузку 10 ключами 4 и 9 подь ьключают к линейному напряжении между Фазами А и С в противоположной полярности. На интервале й 6- нагрузку поочередно то подключают к линейному напряжению между фазами.А и С в противоположной Полярности (клю 1534690чами 4, 9), то к фазному напряжению фазы С в противоположной полярности (ключами 9 и 4).Далее аналогично на первой половине интервала й -Т на 7 Ь грузка 10 оказывается подключенной к линейному напряжению ВС (ключи 69), а на второй половине интервала ее поочередно подключают то к линейному напряжению между фазами В и С (ключи 6 и 9) то к Фазному напряжению Фазы В (ключи 6 и 16). На интервале-й нагрузку 10 с помощью клюЬ 9 ей 5, 6 и 14 сначала подключают к линейному напряжению между Фазами АВ в противоположной полярности первая половина интервала),а затем оочередно подключают то к указанному инейному напряжению, то к фазному апряжению фазы А в противоположной полярности (вторая половина интерваа). На интервале 1-й нагрузку (с помощью ключей 5, 6 и 16) в первой оловине интервала подключают к лиейному напряжению между фазами С и 25 А, а во второй половине интервала поочередно то к указанному линейному напряжению, то к фазному напряжению фазы С Наконец на интервале Сс помощью ключей , 8 и 14 нагрузку 30 10 сначала подключают к линейному напряжению между фазами В и С в противоположной полярности (первая полоЬина интервала), а затем поочередно между указанным линейным напряжением35фазным напряжением фазы В в противоположной полярности (вторая половина интервала), Далее процессы в схеме повторяются. В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напряжения по эпюре 10 а фиг. 6. При дальнейшем увеличении длительности интервалов С-, и уменьшении длительности интервалов ,2-й, выходное напряжение возрастает и при нулевом интервале й -1, достигает значения 30 , а форма кривой приоб-ретает вид по энюре 106 (фиг. 6). Это верхний предел всего диапазона регулирования.Описанный способ регулирования обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя с меньшими искажениями во всем диапазоне регулирования, чем у прототипа. На Фиг. 7 кривая б зависимости коэффициента гармоник К, характеризующего искажения формы кривой выходного напряжения, от отношения Б,6 ьц для изобретения на участке 0,95-1,65располагается ниже кривой а для прототипа.Схема управления преобразователем(фиг. 2), реализующая предлагаемыйспособ, состоит иэ задающего генератора 17, выход которого соединен сосчетным входом триггера 18, Единичныйвыход триггера Т подсоединен к входу пересчетной цепи 19 и логическогоблока 20, Выходы У 4-У пересчетнойцепи также подключены к входам логического блока 20. Схема включает также генератор 21 высокочастотного пилообразного напряжения и компараторы22-24 с прямыми Е-Е и инверснымиЕ-ь выходами, подключенными к входам логического блока 20. Первые входы компараторов подключены к источникам опорного напряжения У-Ц, . Втооп, озрые входы компараторов объединенымежду собой и подключены к выходу генератора 21 пилообразного напряжения,который соединен последовательно свыходом источника 25 регулируемогонапряжения. На выходах Х 4-Х 9 Х 4 УХлогического блока 20 появляютсяимпульсы управления ключами преобразователя 4-9, 14 и 16,Работа схемы управления по фиг.2заключается в следующем.Задающий генератор 17 формируетпоследовательность коротких импульсовс частотой, в 12 раз превышающей частоту управления 2 (Фиг. 3-6). Триггер 18 делит эту частоту пополам ипрямоугольные импульсы с его единичного выхода Т поступают на логический блок 20 (Фиг, 3).Эти же импульсы подаются на вход пересчетной цепи 19, на выходах У 1 -76 которой Формируются шесть последовательностейпрямоугольных импульсов длительностью60 эл. град сдвинутых между собойна 60 эл. град. и следующих с частотой управления Я. (Фиг. 3), ИмпульсыУ"1 поступают на входы логического.бблока 20.Генератор 21 высокочастотногопилообразного напряжения включен,как.указано, последовательно с выходом источника 25 регулируемого напряжения. При нулевом уровне напряжения,на выходе источника 25 амплитуда пилообразного напряжения, равная Боне достигает на втором входе компаратора 23 уровня срабатывания и напервом выходе Е, действуют нулевой,50 а на инверсном г единичный потенциалы, Аналогичные потенциалы действуют на выходах остальных компараторов23 и 24. При таком состоянии компараторов на выходах Хе-Х Х Х,бло 5гического блока 25 формйруются импульсы управления ключами, при которых длительности интерваловравны нулю и выходное напряжение на нагрузке 1 О также равнонулю (фиг. 4),При повьннении напряжения на выходе источника 25 в пределах О-Б , результирующее напряжение на выходе ге 5нератора 21 повышается Компаратор22 начинает срабатывать и на его прямом выходе 2, появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном Е нулевого уровня (фиг,4).На выходах остальных компараторовуровни напряжений не меняются. Приэтом на выходах Х 4-Х 9, Хе. Х 16 блока20 появляются управляющие импульсыпо дна раммам 1 Х, 1 Х 9 1 Х 4(фиг. 4). При достижении напряжениемна выходе источника 25 значения Бпна выходе Е компаратора 22 устанавливаются единичный, а иа выходе Е,нулевой уровни. При этом длительности интервалов С -С 1, возрастаютдо максимума, а интервалов 1 -1снижаются до нуля. В результате нанагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по. эпюре 10 б (фиг.4).При повышении напряжения на выходе источника 25 в пределах Под,-Ппаначинает срабатывать компаратор 23и на его выходе 2 появляются краткоВременнъе импульсы единичного, а на 402 нулевого уровней (фиг. 5). На выходах остальных компараторов уровнинапряжений не меняютсяПри этом навыходах блока 20 появляются импульсы по диаграммам 2 Х -2 Х 9, 2 Х 4,2 Х 1 45(фиг. 5). При достижении напряжениемна выходе источника 25 значения 11,дна выходе Е комнаратора 23 устанавливается единичный, а на выходе Енулевой уровни. При этом длительности интервалов С -й 1, возрастаютдо максимума, а интервалов С-йснижаются до нуля. В результате нанагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 10 б (фиг.5).При повьппении напряжения на выходеисточника 25 в пределах П-Юо начинает срабатывать компаратор 24 и наего выходе появляются кратковременныеимпульсы единичного, а на Е нулево" го уровней (фиг. 6). На выходах остальных компараторов уровни напряжений не меняются. При этом на выходах блока 20 появляются импульсы по диа.граммам ЗХ 4-3 Х ЗХ ЗХ 1 (фиг. 6). При достижении напряжением на выходе источника 25 значения Подна выходе компаратора 24 устанавливается единичныйэ а на выходе 2 9 нулевой уровни. При этом длительности интерваловвозрастают до максимума, а интервалов й - , снижаются до нуля. В результате на нагрузке 10 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 10 б (фиг. 6).При снижении напряжения источника 25 процессы в схеме протекают в обратном порядке.Логический блок 20 реализует следующие логические выражения У е 7 6 У У У У Уе Т 6 з+ 2 Т+Е +Е Т Хь Х 7 Хв Х 9 х 1 2,+2+е, т+е,+2, т "Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет повысить качество энергии на выходе преобразователя, в частности снизить коэффициент гармоник кривой выходного напряжения при глубоком регулировании. Экономический эффект может быть определен, например, от снижения дополнительных потерь в обмотках двигателя, для регулирования которого может быть использован такой преобразователь. Формула изобретения Способ регулирования выходного напряжения трехфазно-трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью, каждая фаза которого выполнена по трехфазно-однофазной мо" стовой схеме на полностью управляе" мых ключах с двусторонней проводимостью и содержащего также два трехфазных диодных моста, выводы переменного тока одного из которых подсоединены к одним, другого - к другим одноименным выводам для подключения их к трехфазной нагрузке, а между выводами1534 б 90 постоянного тока каждого из них включены полностью управляемые ключи с односторонней проводимостью, закпючающийся в разбиении всего диапазона регулирования на две зоны: от нуля5 до У и от 11 до 4311, где 0 - фазное напряжение питающей сети, и попе- ременном однократном или многократном переключении нагрузки в течение каждого интервала коммутации для первой зоны - между нулевым уровнем и 4 авным напряжением, для второй зонь - между фазным и линейным напряжениями соответствующих фаз питающей с 6 ти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ччто, с целью улучшения формы кривой тдка нагрузки путем снижения коэффи 12 циента гармоник выходного напряжения преобразователя, вторую зону разбивают на две подзоны: от Б до Г 211, и от 4211 до 430 и при регулирова 9нии в первой подзоне указанные переключения выполняют на одной половине интервала коммутации до достижения в конце подзоны полного подключения нагрузки только к линейным напряжениям в течение зтой половины интервала, а при регулировании во второй подзоне эти переключения выполняют на другой половине интервала коммутации до достижения в конце подзоны полного подключения нагрузки только к линейным напряжениям в течение всего интервала коьвутации.