Способ управления вентильным преобразователем с широтно кодовым регулированием

777219 Н 02 М 7/Ь 8 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСГ 1 АТЕНТ СССР) НТНОЕ Я ои кибернетиисомные ти тно-импу ргия во ССС ЗЕ, 19 НТИЛЬНЫМО-КОДОВЫМ способ1 Е 0- рключамипреобравариантнопараметелициныазовател оа ы-. Изобре технике и при управ тоты на б напряжени частотнода перемеИзвест несимметр ными преоми) напря на линейн СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗО Д ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Отдел энергетицескки АН Молдовы(5 М) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ С ШИРОТН РЕГУЛИРОВАНИЕМ(57) Сущность изобретения управления базируется на ном алгоритме управления трехфазной мостовой схемы вателя, обеспечивающем ин формы выходного сигнала к нагрузки. Регулирование в ходного напряжения преобр ение относится к электро" может быть использовано ении преобразователями часзе автономных инвертороввходящих в состав систем егулируемого электроприво" ного тока.ы способа так называемого чного управления трехфазразователями (инвертора" ения, при которых полуволго выходного напряжения при этом осуществляется при помощимодулирующих сигналов управления,формируемых внутри крайних тактовых60-градусных интервалов полупериодовпроводимости, и закрытого состояниявентилей, Процесс широкодиапазонногосвязанного регулирования выходнойчастоты и напряжения преобразователявыполняется за счет постоянной поэтапной вариации длительностей крайних на тактовых интервалах основных и модулирующих сигналов управле",ния,. которые, как и продолжительностосновного массива управляющих сигналов, находятся в соответствующихфункциональных зависимостях с текущим и начальным значениями выходнойчастоты, величиной диапазона регулирования, амплитудой питающего напряжения и количеством формируемых внутри тактовых интервалов сигналов управления. Средняя частота коммутациивентилей при этом близка к постоянной величине. 2 з.п.ф-лы, 5 ил,формируется из четного количества импульсов на полупериоде, Однако спектральный состав выходных кривых при таких законах управления уступа ет аналогичным характеристикам пре" образователя с симметричными закона ми управления.Известен также способ симметричного управления преобразователями с симметричным относительно середины полупериодов формированием управляющих сигналов, характерной особен-.Составитель О.ПарфеноТехред М,Моргентал еда кто Корректор М,Максимишин ельс ри ГКНТ СССР Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина,01 Заказ В 26 ТиражВНИИПИ Государственного комитет113035, Иосква,Подписноеиэобретениям и открытия5, Раушская наб., д. 4/5ностью которого является то, цто модулирующие сигналы управления, продолжительность которых определяетвеличину выходного напряжения преобразователя, формируются внутри крайних тактовых интервалов каждой зоныуправления, Однако изменение количества вь 1 ходных импульсов в полуволневыходной кривой инвертора при управлении по данному способу осуществляется дискретным путем, что вызываетв эти моменты броски тока в силовыхцепях преобразователя и нагрузки иявляется нежелательным.15Цель изобретения - повышение качества процесса регулирования засчет плавного безударного измененияФормы кривой выходного напряженияпреобразователя.20Поставленная цель достигается тем,что при управлении по указанному способу, при котором основные вентилиразных фаз и групп преобразователяпериодически включают и выключают с 25взаимным фазовым сдвигом в 60 эл,град.в последовательности +А, -С, +В,-А, +С, -В, при этом для каждоговентиля формируют положительные полупериоды проводимости и отрица- З 0тельные полупериоды закрытого состояния, каждый из которых состоитиз трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, на крайних на полупериодах тактовых интервалах Формируют модулирующие сигналыуправления, продолжительность которых определяет величину выходногонапряжения преобразователя, в процессе и-кратного связанного регулирования частоты Р и величины напряжения на начальной (минимальной)частоте Р указанные крайние тактовые интервалы разбивают на Б подынтервалов продолжительностью=45Рокаждый, в середине каждого из которых формируют модулирующие сигналы (импульсы) управления с продолжительЕИ-Ео 50 ностью 3 = , в процессе регуО 6 ЕРО И флирования преобразователя синхронизируют середины указанных тактовых интервалов с серединой соответствующего центрального тактового подынтервала (при нечетном М) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подынтервалов (причетном Ь), формирование каждого 1-го по направлению от середины тактового интервала к его границе модулирующего сигнала управления осуществляют при изменении выходной цасГ,ГИ(п)тоты от Р до Г(и - 1 (иЕ+Е,где и = 21 для четных Х и п=21-1для нечетных Б, причем при изменении выходнои частоты от Р(Г 1+ ) до ц Р,ЕЫ(п) иГ- ч ----(Р ( Р;),п(п)Е-Е,ИЕГо а также в диапазоне Р2 ЮЕ внутри каждого тактового подынтервала формируют сигналы управления с1 1 Ео длительностью О - р( Г ), в диапазонах частот РГ ) Г." по1краям тактовых интервалов формируют сигналы управления с продолжитель- ностью Ъ 1 (и) - (и) Е+Е о 12 Р 12 ЕГО И (и) а длительность остальных сигналовуправления определяют как Е (и) -Е- 2 ЬГО Еп(п) На фиг.1 представлена упрощенная силовая схема трехфазного мостового преобразователя на полностью управляемых вентилях; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования управляющих сигналов на соответствующие вентили преобразователя, и кривые линейного выходного напряжения (в верхней части Фиг.2), а также временные диаграммы, поясняющие процесс функционирования системы управления (в нижней части фиг.2); на фиг.3,4 - корреляционные кривые, связывающие значения коэффициента К с относительной величиной выходного напряжения (частоты) соответственно для четных и нечетных М; на фиг.5 при этом минимальная и текущая ампли- туды питающего преобразователь напряжения определены соответственно как Ео и Е.17772 функциональная схема системы управления.На временных диаграммах, построенных на фиг.2, показаны сигналы (импульсы) управления, поступающие на вентили +А, +В, +С катодной группы мостовой схемы преобразователя в течение полупериода выходной частоты, Ниже приведены кривые линейного выходного напряжения преобразователя. Построенные кривые соответствуют при этом значению выходной частоты, близкому к начальной частоте Р . Величина диапазона Х связанного регулирова ния частоты Р и выходного напряжения при этом выбрана равной пяти (И=5). В рассматриваемом случае положительный полупериод проводимости каждого вентиля и отрицательный полупериод 20 закрытого состояния разбивают на три тактовых интервала продолжительностью 60 эл,град. каждый. Внутри крайних тактовых подынтервалов (в зонах 0-60, 120-180, 180-2 йо и Зоо 360 эл.град, применительно к вентилю +А) формируют модулирующие сигналы управления, разноименные с соответствующим полупериодом.На фиг,2 для вентиля +А модулирую-. ЗО щие сигналы соответствуют нулевому. уровню временной диаграммы,а основные сигналы управления - положительному уровню, При этом формирование каждого модулирующего сигнала осуществляют в З 5 середине соответствующего тактового подынтервала продоккительностью л 1с =, на которые разбиваетсяЬР, Г 1каждый из у ка за нных та ктовых интерва О лов, причем середина каждого иэ этих тактовых интервалов на всем диапазоне регулирования синхронизируется с серединой соответствующего центрального тактового подынтервала (при 4 нечетном И) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подынтервалов (при четном Х).При начальной частоте Р продолжительность Ао каждого из указанных модулирующих сигналов управленияЕХ-Еоравна 3 = ,-, где Е,и Ео 6 Р Щг 1оасоответственно текущая и минимальная (опорная) амплитуды питающего преобразователь напряжения.Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя при рассматриваемом алгоритме управления осу 19 бществляется эа счет постоянной поэтапной вариации продолжительностей, формируемых по краям указанных тактовых интервалов импульсов управления, в качестве которых попеременно выступают основные и модулирующие сигналы. Указанные продолжительности последовательно уменьшаются с ростом выходной частоты, что показано стрелками на верхних временных диаграммах фиг.2 При этом для поддержания постоянства отношения величины выходного напряжения преобразователя к частоте на поддиапазонах регулирования, на которых регулирование осуществляется эа счет изменения продолжительности крайних на тактовых интервалах основных сигналов управления (этому поддиапазону соответствуют кривые на фиг.2), длительности % модулирую" щих сигналов управления определяют как- (- -1 1 Ео),би Р Р ЕИгде и = 2 для четных И и п=2 хдля нечетных Х;- количество формируемых внутри половины каждого ука- занного тактового интервала модулирующих сигналов управления (включая центральный модулирующий сигнал управления при нечетных М), Граница укаэанных поддиапазонов регулирования наблюдается прии Р ЕИ(п) этом на частотах Ри (и( Е-Ео при которых длительности крайних на тактовых интервалах основных сигмат лов управления уменьшаются до нуляНа поддиапазонах регулирования, на которых по краям тактовых интер-. валов формируются модулирующие сигна" лы управлейия, длительности указанных крайних модулирующих сигналов определяются как. 12 ЕР Б(п 2а продолжительность А остальных,модулирующих сигналов управления приэтом равнаЕ (и) -Е от еЕеетттееее6 Рд пЕ(п)Верхние границы подобных поддиапа"эонов наблюдаются на частотах,при 1=2 Р= 2 Ро ф Га = 25 Гой 35 для Е = 1,2 ЕО1,04 Г , Р = 1,56 Р Г = 1,94 РГ = 2,61 Г 40 для Е = 1,5 Е1, О 3 Г, Г= 1,58 Р,Р" = 1,87 Р, Г = 2,73 Гд. Как для четных,. так и для нечетных величин И до указанной граничной частоты Р регулирование производитйся по описанному выше алгоритму, в диапазоне же повышенных выходных час" тот, при РР , внутри половин так" товых интервалов Формируется по одному (при нечетных 0) и по два (при четных Я) модулирующих сигнала управления с продолжительностью соответст. венно на которых величиныуменьшаются до близких к нулю значений.Продолжительность крайних на указанных тактовых интервалах основных и.модулирующих сигналов управления в процессе регулирования по описанно му алгоритму непрерывно позонно отождествляется (кодируется) с длительностью основного массива управляющих сигналов, которая, в свою очередь, зависит от текущих значений выхоцной частоты преобразователя, в связи с чем рассматриваемый способ управления может быть определен как широт" но-кодовый.В соответствии с вышеизложенным для рассматриваемого алгоритма управления преобразователем с пятикратным диапазоном связанного регулирова.:ия величины и частоты напряжения (0=5) отмеченные границы переходов от 25 одного поддиапазона регулирования к другому последовательно наблюдаются на частотах 1 1 Ео )12 Р ГЕИ Этот этап продолжается до частотыГоЕМР = ---- на которой продолжитель"д Еоность 9 упомянутых сигналов управления уменьшается до нуля, чему соответствует максимальное значение выходного напряжения преобразователя. В соответствии с вышеизложенным верхнее значение предельной частоты Р существенно зависит от текущего значения амплитуды Е питающего преобразователь напряжения. Так, при Е = 1,5 Е Р, = 1,5 Р,И, т,е. в 1,5 раза превышает значение Р при Е = Е, что имеет место в случае номинальной (минимальной) величины амплитуды питающего напряжения. Соответственно пропорционально Е увеличивается диапазон связанного регулирования частоты и величины напряжения преобразователя.Для улучшения гармонического состава выходного напряжения описанный алгоритм управления может быть несколько модифицирован. Для этого вИ диапазонах выходных частот Р,МЕРо-- продолжительностьтактоЕвых йодынтервалов принимают равной соответственно. Далее,л12 Гкак показано пунктиром на временных диаграммах на Фиг.2, увеличивают на величинупродолжительность модулирующих сигналов управления,расположенных в ближних к границам указанного полупериода проводимости половинах тактовых интервалов, Одновременно уменьшают на величину ф длительность симметричных модулирующих сигналов, Формируемых на половинах тактовых интервалов полупериода закрытого состояния. Благодаря подобной модификации алгоритма в крайних тридцатиградусных зонах полуволны линейного выходного напряжения Формируются дополнительные выходные импульсы, количество которых плавно уменьшается с ростом выходной частоты. Наличие дополнительных импульсов позволяет скомпенсировать(6 9 17772 амплитуду нежелательных паразитных гармоник спектра опорной выходной кривой и улучшить тем самым на всем диапазоне регулирования гармонический . 5 состав выходного сигнала. Продолжительностьпри этом в данном случае в каждой точке диапазона регулирования определяется в соответствии с зависимостью= К( -1), где чис Олленное значение коэффициента К выбирают для конкретного Е в соответствии с кривыми, построенными на фиг.3 для четных И и на фиг.4 для нечетных И. При этом в спектре выход ного сигнала преобразователя на всем диапазоне регулирования полностью отсутствует наиболее нежелательная пятая гармоническая составляющая, а амплитуда седьмой гармоники заметно 20 уменьшается.Функциональная схема системы управления вертикального типа, реализующей предлагаемый способ управления для варианта И=5, приведена на фиг.5. 25 Генератор тактовых импульсов 1, задающий выходную частоту преобразователя, связан с трехразрядным регистром 2 и с генератором линейно изменяющегося напряжения 3, выходной сигнал 39 Б которого (см,фиг.2) характеризуется двусторонней симметрией, постоянной крутизной и изменяющейся в процессе регулирования частоты амплитудой, Источники постоянного напряжения 4-6 соединены с сумматорами 7-11, выходы которых подключены к блоку формирования импульсов управления 12, связанному выходом с логическим распределителем управляющих щ импульсов 13, тактовые входы которого соединены с выходом регистра 2. 8 блоке 12 осуществляется непрерывное сопоставление сигнала развертки Ц с напряжениями Б- Б . При этом дб блок формирования импульсов управления 12 включает, как показано на фиг.5 для одного канала, М компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выходы которых че- ц рез дизьюнктор связаны с входом счетного триггера, Длительность импульсов на выходе этого триггера соответствует длительности выходных импульсов преобразователя, после- у; довательность которых поступает. на вход блока 14 определения сумл 1 арной длительности выходных импульсов с включенным на его вхоа 10де конденсатором, выделяющим постоян-. ную составляющую последовательности импульсных сигналов блока 12. Напряжение с последнего поступает далее на делитель, в котором осуществляется его деление на аналоговый сигнал задания выходной частоты преобразователя И, в результате чего на выходе блока, 14 на всем диапазоне регулирования формируется напряжение, пропорциональное суммарной на полу- периоде длительности выходных импульсов. Выход блока 14 связан с минусовым входом двухвходового интегратора 15.Источник опорного напряжения 1 б через усилитель с переменным коэффициентом передачи 17 подключен к плюсовому входу интегратора 15. Управляющая цепь усилителя 17 соединена с выходом датчика амплитуды питающего напряжения 13. Выход интегратора 15 связан с входами сумматоров 7-11,. Величина напряжений -х источников постоянного напряжения 4 и 5, определяющих середины модулирующих сигналов, а также источников б и 16, находятся из соотношений 2-1 1 114- Б щ 50 д 1П - Б6 И 25где Б - максимальная амплитудасигнала развертки, наблюдаемая на начальной выходной частоте преобразователяВнутренние параметры .усилителя 17 и датчика 18 выбираются таким образом, цтобы при номинальном питающем напряжении Е = Е коэффициент передачи усилителя 17 был равен единице, а при увеличении Е наблюдалось пропорциональное уменьшение коэффициента передачи усилителя 17,Алгоритм работы данного устройства управления в процессе регулирования частоты базируется на принципе поддержания постоянства абсолютной величины суммарной вольтсенундной площади выходных импульсов в полу 1777219 12волне линейного выходного напряжения преобразователя.Это обеспечивается, в первую очередь, функционированием контура внутренней обратной связи системы, включающей блок 14, узлы 1 б и 18 и интегратор 15. Повышение частоты следования тактовых импульсов гснератора 1 гопровождается соответствующим пропорциональным изменением (уменьшением) амплитуды сигнала Б генератора 3, что сопровождается плавным безударным изменением формы кривой выходного напряжения на всем диа пазоне регулирования. При этом наблюдается последовательное периодическое изменение продолжительностей импульсов и пауз, формируемых на крайних участках выходной полуволны, а также ее середине. Логические функции, реализуемые распределителем 13 и поступающие в форме управляющих сигналов на вентили соответствующих фаз, имеют соедующий вид;25+С= + Чз"е + Ч 0 Аггде ЯЯЯ - выходные сигналы соответствующих разрядов 35регистра 2, которые напериоде выходной частоты, как показано наФиг.2, принимают последовательно значения 40100, 001, 000, 101,110,Для формирования дополнительных сигналов, улучшающих спектр выходного напряжения преобразователя, в сис тему, как показано на Фиг,5 пунктиром, может быть введен Функциональный преобразователь 19, реализующий одну из требуемых Функциональ.ных,зависимостей, представленных . 50 на фиг,3 или 4, Далее сигнал с выхода блока 19, пропорциональный продолжительностидополнительных импульсов, суммируется в сумматорах 20 и 21 с сигналами соответствующих основных сумматоров и далее поступает через Формирующие цепи, включающие компараторы 22 и 23 и триггеры 2 и, 25 на дополнительные входы логического распределителя 13. Регистр 2 в этом случае должен выполняться четырехразрядным.Таким образом, предложенный способ управления позволяет существенно улучшить качество связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения трехфазных мостовых преобразователей за счет плавного безударного изменения формы кривой выходного напряжения, позволяющего исключить броски тока в силовых цепях преобразователя и нагрузки при переходе от одного поддиапазона регулирования к другому, что приводит также к повышению надежности Функционирования преобразовательных систем.Формула изобретения1. Способ управления вентильным преобразователем с широтно-кодовым регулированием, заключающийся в том, что основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с взаимным Фазовым сдвигом в 60 эл. град. в последовательности +А, -С, +В, -А, +С, -В, при этом для каждого вентиля Формируют положительные полупериоды проводимости и отрицательные полупериоды закрытого состояния, каждый из которых состоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, на крайних на полупериодах тактовых интервалах Формируют модулирующие сигналы управления, продолжительность которых определяет величину выходного напряжения преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения плавного безударного изменения формы кривой выходного напряжения преобразователя в процессе Ч-кратного связанного регулирования частоты Г и величины напряжения, на начальной (минимальной) частоте Г указанные крайние тактовые интервалы разбивают на И подынтервалов длительностью = 1./6 Г И каждый, в середине каждого из которых формируют модулирующиесигналы управления длительностьюЕМ-Ео% =в процессе регулио 6 ЕГ Иорования преобразователя синхронизируют середины упомянутых тактовыхинтервалов с серединой соответствую13 17772 щего центрального тактового подынтервала при нечетном Б или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подынтервалов при четном И, формирование каждого 1-го по направлению от середины тактового интервала к его границе модулирующего сигнала управления осуществляют при изменении выходной частоты от Г до1 Ро ЕХ (и) - 2 д(и(пЕ+Е для четных И и п=2-1 для нечетныхН, причем при изменении выходнойчастоты от Г (Г;, ) до Г" = 15Го ЕН (и)и(Г с Г ) внутрип(п) Е-Е -о1 каждого тактового подынтервала формируют сигналы управления длительЕо 1 ностью Я = ( ------ 1бп Р ЕРоИо в диапазонах частот Р;Р З Р покраям тактовых интервалов формируют сигналы управления длительностью1 (и) (и) Е+Е о. ния определяют как= 6 Г Е ( -1)ЗО6 Г Еп(ппри этом Ео и Е - минимальная итекущая амплитуды питающего преобразователь напряжения. 19 112, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в диапазоне выходных частот преобразователя ЕМ Е ГЯ в , ИБ -- длительность2 Ео оо Етактовых подынтервалов принимают равной 1/123. 3. Способ по п.2, о т л и ц а ющ и й с я тем, цто, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения преобразователя, на всем диапазоне регулирования увеличивают и уменьшают на величинудлительности расположенных в ближних к границам упомянутых полупериодов соответственно проводимости и закрытого состояния половинах тактовых интервалов моделирующих сигналов управления путем соответствующего сдвига дальних к границам полупериодов Фронтов упомянутых модулирующих сигналов управления, а величинув каждой точке диапазона регулирования определяют в соответствии с Функциональной зависимостью= К(6 -Я), где численное значение коэффициента К выбирают в соответствии с кривыми, построенными на Фиг.3 описания для четных Й и на фиг.4 - для нечетных И.