Устройство для управления -фазным инвертором с широтно импульсной модуляцией выходного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3(59 Н 02 Р 13 18 ГОСУДАРСТВЕННОЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Смоленский филиал Московскогоордена Ленина и ордена ОктябрьскойРеволюции энергетического института(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 194940, кл. Н 02 М 1)04, 1967.2, Патент Англии В 1342956, кл. Н 02 М 1/08, 1977.3. Патент Франции В 1552476, кл, Н 02 М 13/18, 1968.4. Прикладные вопросы электромеханики и энергетики. Сборник трудов МЭИ, вып. 182, М., 1974, с. 76-80.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯФ-ФАЗНЬМ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯдля частотно-управляемого электропривода, содержащее задающий генератор несущей частоты Г выходом сое,диненный с одними входами соответстЯО 1084937 вующих амплитудно-импульсных модуляторов, числом равных т или 2 т, формирующих напряжение с широтно-импульсной модуляцией, частота основнойгармоники которого равна разностинесущей и модулирующей Г частот,управляемый генератор модулирующейчастоты КГ , где К равно щ или 2 ш,вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальный распределительимпульсов с другими входами амплитудно-импульсных модуляторов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюулучшения энергетических показателей и повышения точности поддержаниявыходной частоты в области пониженных ее значений, оно снабжено дополнительным блоком развертывающегонапряжения с большим коэффициентомразвертки, генератор несущей частотывыполнен управляемым, а его управляющий вход подключен к выходудополнительного блока развертываюшегонапряжения.,(1) го Из выражения (1) видно, что в рассматриваемой системе возможно широкое регулирование частоты основной гармоники выходного напряжения в 25 диапазоне от О, когда Г 1 = йдо номинальной, когда (г 1 м) номВыбор величины несущей частоты определяется уровнем требований к спектральному составу выходного напряжения преобразователя. Исследования показывают, что определяющим является режим нормальной выходной частоты, в котором соотношение частот35 а = не должно превышать (еслиаЕ,г)Й) или быть меньше (если Г(Г,) некоторой величины ак, Эта величина является границей возникновения в спектре субгармонических составляющих, недопустимых в большинстве практйческих случаев применения. Обычно для К 1 Г, критические соотношения частот близки к 1,5, что приводит к необходимости выбора для, например Е = 1000 Гц несущей частоты Е не ниже 2 кГц. Тогда, чтобы получить частоту основной гармоники выходного напряжения в 1 Гц, надо обеспечить значение Ед, =2001 Гц или Е = 1999 Гц 11 3 - ЯОднако используемые в статических преобразователях генераторы имеют вполне определенную нестабильность частот. Тогда согласно принципу по строения широтно-импульсно-модулированного напряжения по треугольному закону частота основной гармоники 30 Изобретение относится к статическим преобразователям частоты для регулируемых электроприводов переменного тока и может применяться в специальном электроприводе с широким измене вием частоты вращения электродвигателей.Известна система широтно-импульсной модуляции напряжения, построенная на принципе умножения сигналов двух раэночастотных генераторов - несущей и модулирующей частот.В такой системе несущая частота Г = сопзс, а модулирующая Ем = айаг. Частота основной гармоники выходно го напряжения в этом случае равна модулю разности несущей и модулирующей частот выходного напряжения будет содержать в себе абсолютные значения нестабиль. ностей генераторов несущей и модулирующей частот, т.е.(2)а относительная нестабильность выходного сигнала по основной гармоникед дг-гиугг - :Е -Е1 мВидно, что если Г Г, то олГ - оо, Это показывает трудность обеспечения стабильной величины частоты основной гармоники в зоне низких частот. Так, для рассматривАемого соотношения - 1,5 и Е .г= 2 кГц. Получить выаходную частоту в 1 Гц с относительной нестабильностью 0,1 можно, если нестабильности генераторов не ниже й 10 5, что практически трудно достижимо, особенно для регулируемых генераторов.Указанная особенность определяет трудности использования статических преобразователей с широтно-импульсной модуляцией, например, в электроприводах с широким диапазоном изменения частоты вращения.В та же время при й = сопят и треу "ольном законе модуляции в зоне низких частот формируется наиболее благоприятный спектр выходного напряжения г;нвертора, в котором ближайшие к основной по амплитуде гармоники имеют весьма высокую кратность частоты. В результате они эффективно подавляются индуктивными сопротивлениями фаз двигателя переменного тока и ток двигателя становится весьма близким к синусоидальному, что определяет воэможность обеспечения равномерного вращения ротора в зоне низких частот,Недостатками данного преобразователя частоты является трудность обеспечения стабильного значения выходной частоты при близких частотах генераторов несущей и модулирующей частот и изменение спектрального состава выходного напряжения при регулировании частоты, вызывающее дополнительные потери в преобразователе и двигателе переменного тока, 1084937Чтобы обеспечить в процессе регулирования требуемое соотношение частот, определяющее спектр выходного напряжения из выражения (1) с учетом соотношения частот а =1 ф ,можно получить следующие зависимости, связывающие несущую, модулирующую и выходную частоты(4) 1 О Г м арегулирования.Например, при заданном а = 1,01сопят легко определить значения Й и ь в зависимости от выходнойачастотый=1 Гц, =100 Гц, ,=101 Гц,10 Гц, , =1000 Гц, 1= 1010 Гц, К 100 Гц, й 10000 Гц,й -10100 ГцЭ Следовательно, .реализация регулирования при обеспечении стабильности а = - требует одновременного измемнения Е .1 и Г, .Наиболее близким к изобретению З 5 является устройство для управления щ-фазным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения для частотно-управляемого электро- привода, содержащее задающий генератор несущей частоты Й, выходом соединенный с одними входами соответствующих амплитудно-импульсных модуляторов, числом равных щ или 2 ш, формирующих напряжение с широтноимпульсной модуляцией, частота основной гармоники которого равна разности несущей и модулирующей Гчастот, управляемый генератор модулирующей частоты КГ, где К равно щ или 2 щ, вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальный распределитель импульсов с другими входами ампли" 55 тудно-импульсных модуляторов 1.41.Недостатками известного устройства являются низкие энергетические Г = аГ = -- (5)аГМЭти соотношения позволяют опреде 15 лить законы изменения несущей и модулирующей частот как при необходимости обеспечить постоянство соотношения а, т.епостоянство спектра выходного. напряжения, так и при лю 20 бом законе изменения а в процессе показатели статического преобразователя и недостаточная точность поддержания выходной частоты в области пониженных ее значений.Целью изобретения является улучшение энергетических показателей иповышение точности поддержания выходной частоты в области пониженных ее значений.Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления щ-фазным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжениядля частотно-управляемого электро- привода, содержащее задающий генератор несущей частоты Г, выходом соединенный с одними входами соответствующих амплитудно-импульсных модуляторов, числом равных щ или 2 щ, формирующих напряжения с широтно-импульсной модуляцией, частота основной гармоники которого равна разности несущей и модулирующей Й, частот, управляемый генератор модулирующей частоты к Г , где К равно щ или 2 щ, вход которого подключен к блоку развертывающего напряжения с одним коэффициентом развертки, выходом связанный через К-канальный распределитель импульсов с другими входами амплитудно-импульсных модуляторов, снабжено дополнительным блоком развертывающего напряжения с большим коэффициентом развертки, генератор несущей частоты Е выполнен управляемым, а его управляющий вход подключен к выходу дополнительного блока развертывающего напряжения.На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - зависимости изменения несущей и модулирующей частот во времени,Устройство содержит задатчик 1 управляющего сигнала, блок 2 развертывающего напряжения несущей частоты, блок 3 развертыающ:.го напряжения модулирующей чаг,"т:, генератор 4 несущей частоты, генератол 5 модулирующей частоты, блок 6 модуляторов с амплитудно-импульсными модуляторами 7.1,7.27 Эщ и распределитель 8 импульсов.Устройство работает следующим образом.При пуске устройства управления блоки 2 и 3 разверток задают генера торам 4 и 5 законы изменения выход(7) Составитель Е. Дорошинедактор О. Черниченко Техред Л.Юартаиова орректор Г, Огар Заказ 2032/ Тираж 667 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 35, Москва, Ж, РаушскаяПодписноета СССРытий 475 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул,. Проектная, 4 ных частот, расходящиеся друг относительно друга в функции выходнойчастоты или во времени (фиг.2). Дляпростоты можно принять эти законылинейными с различной крутизной нарастания частоты во времени, Т.е.можно записать Тогда основная гармоника выходногонапряжения изменяется во временипо закону:г -к =(р-.-и,и если Г,=2 то 1(Ц-К.)1, (9)т.е. выходная частота изменяетсяво времени также линейно,В этом случае требования к стабильности частот генераторов в зоненизкой выходной частоты снижаются,поскольку обеспечить малую абсолютную погрешность частоты задающихгенераторов при невысоких исходных частотах этих генераторов значительно проще,Так, при той же номинальной частоте Г = 1000 Гц и выборе исход ных частот й и Гщ около 100 Гц дляполучения относительной погрешностивыходной частоты 1 Гц на уровне 0,1требуется обеспечение частот Г иГ,д с нестабильностью порядка 10,-10 ф, т.е. существенно ниже.В этом случае соотношение частотменяется в меньших пределах. Вследствие этого на низких выходных частотах преобразователя количествопереключений ключей преобразователяна периоде частоты уменьшается, чтоприводит к снижению динамических потерь в преобразователе. Таким образом, выполнение генераторов 4 и 5 регулируемыми с одновременным изменением частот Йи Г позволяет повысить стабильность частоты основной гармоники выходного напряжения в зоне низких частот и снижает динамические потери в преобразователе на переключение.