Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

(50 ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ЕНИЯ 4(54) СПОС НЕПОСРЕДС ЧАСТОТЫ 57) Изоб ротехнике ННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ(56) Авторское свУ 1095344, кл. НАвторское свидУ 1292137, кл. Н УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХфАЗНЫМ ЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ение относится к элект именно к .преобразова ътельной технике, и предназначено для управления преобразователями частоты автоматизированных электроприводов переменного тока с широким диапазо, ном регулирования скорости. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулирования амплитуды без искажеформы огибающей выходного напряя преобразователя. Для этого формируют третью дополнительную импульсную последовательность (1,Р частотой, в целое число раз большей частоты модуляции эталонных импульсных последовательностей, и, регулируя длительность импульсов последовательности . Цр, управляют амплитудой напряжения на выходе преобразователя, 9 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления преобразователями автоматизированных электроприводов переменного тока с широким диапазоном регулирования скорости.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулирования амплитуды без искажения формы огибающей выходного напряжения преобразователя. 10 На фиг. 1 и 2 приведены диаграммы 15формирования основных импульсных последовательностей управления группами ключей Фаз при Ю= 30 эл.град; нафиг, 3 и 4 - то же, при= 75 эл.град; на фиг. 5 и 6 - диаграм мы формирования линейных напряженийнагрузки; на фиг. 7 - схема преобразователя; на фиг. 8 - схемы замещения системы НПЧ-нагрузка на интервалах проводимости фаз; на фиг, 9 в . 25функциональная схема системы управления НПЧ,Преобразователь содержит (фиг,полностью управляемые ключи 1-9 сдвусторонней проводимостью, трехфазный мост на полностью управляемыхключах 10-15, шунтированных диодами16-21.Функциональная схема системы управления (Фиг. 9) содержит управляемый генератор 22, выполненный на генераторе 23 тактовых импульсов и управляемом кодом делителе 24 частоты,делители 25 и 26 частоты, распределитель 27 импульсов, программируемое 40постоянное запоминающее устройство28, широтно-импульсный регулятор 29,состоящий из первого 30 и второго 31счетчиков и триггера 32, датчики 3335 тока, Формирователь 36 реальных 45участков проводимости групп ключей,формирователь 37 основных управляющих импульсов групп ключей Фаз, формирователь 38 импульсов управлениядополнительными. ключами, формирователь 39 дополнительных управляющихимпульсов групп ключей 39, элементыНЕ 40, блок 41 синхронизации, Формирователь 42 управляющих импульсовключей фаз,55Согласно способу формируются входные сигналы с(,(фиг, 9) в виде кодовэквивалентных чисел и определяющиевыходную частоту преобразователя. Этими сигналами устанавливается частота импульсной последовательности навыходе управляемого генератора, которой тактируется работа всей системыуправления. На выходах распределителя импульсов формируется шесть импульсных последовательностей Р, Р,Ре РБф Рф Р- (Фиг 1-4) с длительностью импульсов, равной Т, и сдвинутых друг относительно друга наугол Т 1/3 по выходной частоте, Длительности этих импульсов определяютзоны проводимости групп ключей фазна полупериодах выходного напряженияи на интервалах этих импульсов формируются выходные напряжения преобразователя,В программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) записаны шесть эталонных импульсных. последовательностей М, МЬ, М, М-, М 1-Мс длительностью импульсов 4 11/3,сдвинутых друг относительно друга наугол У/3 и модулированных методомширотно-импульсной модуляции на интервалах от 0 до 2 Г/3 по закону синуса в области значений от 0 до 2Г/3, а на интервалах от 2 и/3 до4 .н/3 -по закону синуса в областизначений от и/3 до Т . В качествеППЗУ в устройстве использованы микросхемы.Для регулирования амплитуды выходного напряжения с помощью широтноимпульсного регулятора формируют третью дополнительную импульсную последовательность 11 . Широтно-импульсШирный регулятор 29 (фиг. 9) выполненна двух одинаковых счетчиках 30 и31 и триггере 32. Емкости счетчиковвыбираются так, что время их заполнения соответствует периоду модуляцииимпульсов на выходе ШИР, а коэффициент деления делителя частоты,включенного на выходе. управляемогогенератора 22 импульсов, устанавливается так, что ,р / ш = К, гдеК - целое число, ар- минимальная длительность импульсов последовательностей М. В рассматриваемом варианте принято К = 1. На первый счетчик ШИР записываются коды чисел, эквивалентные требуемой скважности(амплитуде напряжения на выходе преобразо вателя), а исходное состояниетриггера соответствует сигналу логического "0" на его используемом выходе. Под воздействием импульсов, поступающих с выхода управляемого генератора, первый счетчик ШИР считывает код от записанного числа до переполнения а второй - от нуля до переполФ5 нения, По сигналу переполнения первого счетчика на используемом выходе триггера устанавливается уровень логической "1", а по сигналу переполнения второго счетчика триггер уста-, навливается в исходное состояние и происходит перезапись кода числа в первый счетчикПо сигналам датчиков тока каждой фазы (Фиг, 7 и 9) формирователь 36 реальных участков проводимости групп ключей Фаз предварительно формирует шесть импульсных последовательностей1 ье 1 с 1 Б 1 р 1 с реальной .проводимости групп ключей фаз: 1 - фазы 20 о с проводимостью, принятой за положительную 1 д с пров одимос тьюпри нятой за отрицательную, и так далее для других фаз, а из них путем логического перемножения формируются им пульсные последовательности участков проводимости этих групп ключей (фиг. 1-4) в соответствии со следующими логическими уравнениями:301 = 1 а 1 с 1 г - 1 ъ 1 с3 а 1 ь 1 Ф б сф15 = 1 ъ 1 с 6 ЙИнтервалы импульсов: этих последовательностей определяют участки формирования основных импульсных последовательностей управления группамиключей Фаз. Формирователь 37 основныхуправляющих импульсов групп ключей 40(Фиг. 9) формирует основные импульсные последовательности управленияКК , К К-, Кр К - группами ключей Фаз (фиг. 1-4), что осуществляется путем логического умножения импульсных последовательностей участковреальной проводимости групп ключей1 г 1 з 1, 11 на эталонныеимпульсные последовательности соответствующих фаз Ма, Мь, ММ, М, М, 50и на третью дополнительную импульсную последовательность 11в соответствии со следующими логйческими уравнениями: при управлении группами ключей, фор-. мирующих положительные полуволны тока, ицШЦРК = М-,1,Б , + М,1, + М,1,Ц,;ЬМа 1 г-шир М 1М 1 .11 анрпри управлении группами ключей, формирующих отрицательные полуволны тока.Здесь черта над обозначением эталонных импульсных последовательностей соответствует ее инверсии, т.е. дополнительной операции НЕ. В результате такого способа формирования нет необходимости заранее задавать различные законы модуляции на различных участках полупериодов, они Формируются путем элементарных логических операций из эталонных импульсных последовательностей. Необходимые прий/3 дополнительные паузы на вторых участках основных импульсных последовательностей с требуемым законом модуляции формируются также из эталонных импульсных последовательностей, так как при таких углах сдвига на концах этих участков последовательности М оказываются модулированными.Полученные таким образом три пары импульсных последовательностей К 1 + КК+ Кр К + К - предназна чены для управления тремя группами ключей Фаз преобразователя, причем каждая из последовательностей пары должны обеспечивать формирование одной из полуволн напряжения фазы. Однако без синхронизации с напряжением сети они не обладают избирательностью знака формируемого напряжения. Поэтому каждая пара последовательностей фаз на фиг, 1-4 показаны на общей оси -времени. Зту Функцию с одновременным распределением импульсов по ключам выполняет формирователь 42 управляющих импульсов ключей фаз преобразователя по командам блока 41 синхронизации (Фиг. 9). Блок синхронизации на интервалах с наибольшим положительным и наибольшим отрицательным фазным напряжениями питающей сети формирует шесть импульсных последовательностей синхронизации: Я,+ М 1 Р + Б, Яс - по положительным напряжениями Б-, Я-, Я- - по отрицательным напряжениям (фиг. 5 и 6). С помощьюэтих импульсных последовательностейпредварительно сформированные основные импульсные последовательностиразделяются по полуволнам и по ключампутем их логического перемножения всоответствии со следующими уравнениями: К=.К(Я+ Б + Б 1 при формировании положительной полуволнытОКа фаЗЫ с 1,при формировании отрицательной нолуволны тока фазы с 1 и, соответственно, для других фаз: К = К (Б + Б + Я ); с с(Б Б 5 Яс) 1 К - = К 1(Б-+ Б-+ Б-)Ь Ь д в с ф при этом на интервапах, например, К Язамыкается ключ 1, присоединяя вывод р к фазе сети А, когда на этой фазе наибольшее положительное напряжение; К - Я замыкает ключ 6, когда на фазе С сети наибольшее отрицательное напряжение и т,д.Таким образом, импульсы синхронизации Б,5, Я , Я , сформированные из наибольших положительных участков сетевого напряжения фаз, задают зоны, на которые соответствующие ключи замкнуты по командам основных импульсов управления группами ключей фаз Кс КЬ Х , формирующих положительные полуволны выходного напряжения, а импульсы синхронизации Я Б -Б зоны замыкания ключей йо командам К -,аК-, К - этих же групп, формирующие отрицательные полуволны напряжения.При Сдвиге тока нагрузки относительно напряжения у( /3 на интервалах от 4 7/3 до (5 Г/3 - ) формируют первые дополнительные импульсныеи Н 11последовательности К , К ь ф К , К -, К - для управления ключами фаз, обеспечивающими пропуск активного тока фаз нагрузки на указанных интервалах. Эти дополнительные импульсные последовательности формируются непосредственно из соответствующих эталонных импульсных последовательностей на этом интервале, например, для групп ключей фазы а в соответствии с 5со следующими логическими уравнениями. Г 1М 1 Р (Я +Я +Б)./Кц(Б ч БЬ с) 1 15причем произведение 1 Р определяч сет длительность формирования этихпоследовательностей и при= 11 /3обращается в нуль. Суммарные импульсные последовательности для управленияключами (фиг. 9), например, для фазыс 1 фОРМИРУЮтСЯ В СООтВЕтСтВИИ СО СЛЕдующими логическими уравнениями: 25 К с 1 К К 1 (К" Ка) (БА+Я +Я ) УК- = К-+ К - = (К- + К )(Б- + +Я +Б ). По условию непрерывности токовпри формировании пауз размыканияконтуров с токами недопустимо, а поэтому на интервалах пауз напряжений фазы нагрузки подключаются к фазам сети, Поскольку ключи с двусторонней, проводимостью в замкнутом состоянииобеспечивают проводимость любого знака, для исключения токов проводимо сти на интервалах пауз обеспечивается дополнитепьными ключами К , - К, (фиг. 7). Для управления этими ключами фор мирователь 38 импульсов управлениядополнительными ключами (фиг. 9) формирует вторые дополнительные импульсные последовательности К 10 К 15 ф(фиг. 5 и 6) на третьих участках со ответствующих основных импульсныхпоследовательностей в соответствиисо следующими логическими уравнения- мие К = М 15 РЬ + М 1,.Р - + К+;+ КЪ сОбщая длительность интервала моду О ляции каждой из последовательностей равна Т 1/3, а соотношение длительностей слагаемых зависит от сдвига тока нагрузки относительно напряжения. При = О вторые слагаемые образуются в ноль, а при дъ, и/3 - первые.Приведенные диаграммы линейных напряжений и токов нагрузки сформированы для режима = п /6 (фиг. 5 и 6). Здесь же на диаграмме сетевого напряжения выделены интервалы линейных напряжений, из которых формируются напряжения 11 ь.Рассмотрев принцип формирования напряжения и тока для этого режима на интервале от О до У/3, что соответствует четырем интервалам аппроксимации или сорока тактам. На 1-2 тактах (3 эл.град,) в соответствии с диаграммой напряжений (фиг. 3) необ Оходимо обеспечить 1 с,ь = Б Ь = О. При этом токи нагрузки имеютследующие знаки -3. -3.Ь, +1. В этом случае для формирования нулевой паузы в соответствии с диаграммами управляющих импульсов размыкаются ключи групп фазы а и Ь, а ключи К, поочередно подключают фазу нагрузки С к фазам сети с наибольшими положительными напряжениями ключами 7-9- 4 О в соответствии с импульсами синхронизации Я, Одновременно замыкается дополнительный ключ 15 и образуются контуры с токами, показанные на диаграмме 5.1 (фиг. 8), При этом выво ды Фаз,.а, Ь нагрузки оказываются замкнутыми на фазу С и через смещенные в проводящем направлении р-п переходы диодов на все фазы нагрузки подведено одинаковое положительное напряжение сети. На третьем такте необходимо сформировать линейные напряжения +У Ь, -11 Бс = О.В соответствии с диаграммами управляющих импульсов ключами дополнительно замыкаются ключи группы К приЬ отрицательной синхронизации, подводя к фазе Ь отрицательное напряжение сети. Состояние контуров на этом так 1376189 8те приведено на диаграмме 5,2(фиг. 8),Здесь выводы Фаз а и с остаются наобщем положительном потенциале, чтои обеспечивает Б = О, Для формирования напряжения Б= О, -УЬ, +Цна 4-10 тактах (фиг. 5 и 6) размыкают дополнительный ключ 15 и замыкаютключи всех групп преобразователя К , с.КЬ, К, подключая к фазам а, Ь наибольшее отрицательное напряжение сети, а к фазе с - наибольшее положительное. Состояние контуров с токамина этом интервале приведено на диаграмме 5,3 (фиг. 8).Начиная с 21-го такта 31 эл.град.знак проводимости фазыприходит всоответствие со знаком задаваемойпроводимости, т.е, становится положительным (от преобразователя к нагрузке), т.е. снимается запрет наформирование положительной проводимости К , а наибольшее значение токапереходит с фазы с на Фазу Ь . Вэтом. случае очередная пауза (11-йтакт, фиг. 5 и 6) в линейных напряжениях формируется замыканием двух фаза, с на фазу Ь, т.е. иной комбинацией ключа. Для формирования паузыздесь осуществляется размыканиемгруппы ключей КБ, К при работающихключах группы К-, Состояние контуровдля этого интервала показано на диаграмме 5.4 (фиг. 8). Далее до концаинтервала Т/3 выходные напряженияформируются за счет формирования контуров, показанных на диаграммах 5.5и 5.6. При этом .с 15-го такта отрицательное напряжение начинает формироваться замыканием ключей К - на фазусети С с отрицательным напряжением,т.е. ключем 6,В результате предлагаемого способа формирования пауз упреждающее за-мыкание дополнительных ключей не приводит ни к возникновению сквозныхтоков, ни к изменению конфигурацииконтуров, так как к диодам, входящимв эти контуры, линейное напряжениесети оказывается приложенным встречно, Дополнительный контур принимаетток только при закрытии ключа соответствующей группы фазы преобразователя.Таким образом, Формирование третьей дополнительной импульсной последовательности У , при помощи широтно-импульсного регулятора и введениеВ связи с этим дополнительной логики= М+ М 1 + Мпозволяет осуществить регулирование амплитуды выходного напряжения преобразователя путем регулирования длительности импульсов последовательно 5 сти 11 , за счет изменения кода, подаваемого на вход ШИР, что расширяет функциональные возможности преобразователя и обеспечивает достижение поставленной цели, При этом сохраняется 10 неизменность формы огибающей напряжения и тока и независимость ее от коэффициента мощности нагрузки. Соотношение между частотой выходного напряжения и его амплитудой определяет ся соотношением между кодами управления канала формирователя частоты и канала формирователя амплитуды напряжения, Все это позволяет увеличить управляемость преобразователя, а в случае применения способа для управления преобразователями электропроводов переменного тока - расширить диапазон регулирования скорости. 25формула изобретения Способ управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты, выполненным на полностью управля емых ключах с двусторонней проводимостью и включающим в себя средства для пропуска реактивного тока нагрузки в виде дополнительного трехфазного моста на полностью управляемых ключах, шунтированных диодами, заклю 35 чающийся в том, что задают зоны проводимости ключей с длительностью 7 по выходной частоте, в этих зонах Формируют три прямоугольные импульс ные последовательности Р Рь Рс с длительностью импульсов и, и сдвинутых друг относительно друга на 2 /3 по выходной частоте, и три противофазные им импульсные последовательно сти Р , Р ,Р формируют шесть этаб Ьслонных импульсных последовательностей М , М , М , М , М-, М сфазированных по передним фронтам с соответствующими прямоугольными импульсными50последовательностями Рс, РЬ Р Р Рь, Р-, и модулированных методом широтно-импульсной модуляции на интервалах О2 Г/3 по закону синуса в области значений от О до 2 й/3, а на интервалах 2 Г/34 Б/3 моду лированных по закону .синуса в области значений от Т/3 до 7, определяют интервалы полупериодов токов Фаз нагрузки и в этих интервалах формируют шесть прямоугольных импульсныхпоследовательностей; 1, 1 ь, 1, - винтервалах положительных полупериодов токов и 1 , 1 -, 1,- - в интервалах отрицательных палупериодов токов, из этих импульсных последовательностей формируют шесть импульсныхпоследовательностей 11зон проводимости путем их попарногологического перемножения в соответствии с логическими уравнениями 1 О сф 2 Ь сф и формируют основные импульсные по( следовательности управления К, К К 1 К-, Кр К группами ключей фаз из эталонйых импульсных последовательностей в соответствии со следующими логическими уравнениями: К =М 1 +М 1 +М 1 Ь К И 1,+М 1 +М 1,при управлении группами ключей, формирующих положительные полуволны тока и К =М 1 +М 1 +М 1 К - =М 1 +М 1 +М 1Ь Ь Ь 1 Ь 1 ф при управлении группами ключей, формирующих отрицательные полуволны тока, из участков фазных напряжений сети с наибольшим положительным значением напряжения формируют три импульсные последовательности синхронизации Б, Б , Б, с длительностью импульсов"2 43 по частоте сети, аиз участков фазных напряжений ветви с наибольшим отрицательным значением напряжения формируют три противофазные импульсные последовательности синхронизации Б-, Б -, Б -, а основныесфимпульсные последовательности управления ключами Кб Кь Ксэ Кбэ К у Кс формируют из основных импульсных по30 К" = М,1,Р,(Б- + Б, + Б.-) = 35 = К"- (Б+ Б- + Б-) ККь М 1 0 р + М 1 К 50 К 11 - Мс 1 Р- + МР + К 11. следовательностей управления группами ключей в соответствии со следующими логическими выражениями: ККа (Б Я + Б в + Бс) при формировании 5 положительной полуволны тока фазы= К (Б -+ Б - + Б-) - при формировании отрицательной полуволны тока фазы а и соответственно для других фаз:(Б я БВ с)1В Ь Кс с ( я В с)1 1причем при сдвиге тока нагрузки относительно напряжения711/3 в интервале 4 ОЗ (5 11 /3 - ) формируют первые дополнительные импульсныепоследовательности для управленияключами, обеспечивающими пропуск активного тока фаз нагрузки на вышеуказанных интервалах, например, для фа-,зы а в соответствии со следукВцими логическими уравнениями К М 1 Р (Б +Б +Б) а суммарные импульсные последовательности для управления ключами, напри мер, для фазы а формируют в соответствии со следующими логическими уравнениями: 1 Ка= К+ К= (Ка+ Ка)(Бя+ 45 БВ Бс) 1 а В а ( Б а )(БЯ Ь с)фвторые дополнительные импульсные по,следовательности управления ключамидополнительного трехфазного мостаформируют путем инверсии основных импульсных последовательностей только 55на интервалах длительностью и/3 в ".соответствии со следующими логическими уравнениями; К, = М 1,Р + М 1,Р-; К 1 = Ма 1 Р= Мс 1 Рсэ К 1 В = МР + М 1 Р э о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей путем обеспечения регу-"лирования амплитуды без искажения ".формы огибающей выходного напряженияпреобразователя, формируют третью дополнительную импульсную последовательность 0с частотой, в целое .число раз большей частоты модуляцИишести эталонных импульсных последовательностей, и основные импульсныепоследовательности управления К,:ключей фаз формируют в соответствиисо следующими логическими уравнениями: Кь Мъ 1 Рщца ь 1 Ь 1 Рщие при управлении группами ключей,формирующих положительные полуволнытока, и при управлении группами ключей,формирующих отрицательные полуволнытока, а вторые дополнительные импуль .сные последовательности управленияключами дополнительного трехфазногомоста формируют в соответствии соследующими логическими уравнениями:К 0 Мс 15 рь + Мь 1 Ръ + К" К 1 = М 1 Р, + М,ХР; + К;+МХР К=МХРи регулируя длительность импульсовтретьей дополнительной импульсной последовательности, управляют амплитудой напряжения на выходе преобразователя.