Способ регулирования выходных фазных напряжений трехфазного преобразователя частоты

,ЯО 14032 51 4 Н 02 М 5/27 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 й СР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский политехнический институт им, С. М. Кирова(56) Бернштейн И. Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока. М.: Энергия, 1968, 88 с.Авторское свидетельство СССР1037404, кл. Н 02 М 5/27, 1981.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ(57) Изобретение относится к электроустановкам, включающим в себя непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) с естественной коммутацией вентилей, питающий трехфазную нагрузку синусоидальными линейными напряжениями, Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы. Устройство содержит НПЧ 1 с датчиками 3 - 5 тока статора. Элементы сравнения сигналов по максимуму 6, 7 и по минимуму 8, 9 соединены соответственно с усилителем-ограничителем 10 и нелинейным элементом 19, подключенным к промежуточному суммирующему элементу 15. Элемент 15 соединен с выходными суммирующими элементами 16 - 18. На выходе каждой фазы НПЧ 1 формируют заданное синусоидальное и общее для всех фаз дополнительное напряжение. Его величина в каждый момент времени должна дополнять до максимально возможного в той же полярности заданное синусоидальное напряжение той из фаз НПЧ, которая в данный момент времени пропускает наибольший по абсолютной величине выходной ток. 3 ил.Изобретение относится к электротехникеи может быть использовано в электроустановках, включающих в себя непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) с естественной коммутацией тиристоров.Цель изобретения - повышение энергетических показателей работы НПЧ, нагрузка которого имеет коэффициент сдвига основных гармоник напряжения и тока меньше единицы,На фиг. 1 представлены графики зависимости реактивной мощности на входе НПЧв функции глубины регулирования его выходного напряжения при различных способах регулирования; на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализу ющегоспособ регулирования; на фиг. 3 - диаграммы напряжений и токов, поясняющиеспособ.Способ осуществляют следующим образом.НПЧ формирует на своих фазных выходах напряжения, гладкие составляющие которых повторяют в соответствующем масштабе входные управляющие фазные напряжения 1)и., 1.)у, Ц(фиг, 3). Каждое из этихнапряжений 1.1 а, Буь, Б, на входе НПЧ 25получают путем алгебраического сложениясоответствующего фаз ного задающего синусидального напряжения 3 за, Бзь, 11 угловой частотыр, с общей для всех фаз составляющей Ц Для того чтобы не искажалась синусоидальная форма линейных напряжений 1.1, 1.1 Бна выходе НПЧ,должно выполняться условие11-1 за + 1 Амого.%+ Ц 1 Ч (1)111 +11 1 Ч,где Ч, - максимальное значение управляющего фазного напряжения, обеспечивающее выходное напряжение фазы НПЧ на уровне ЭДСхолостого хода,Формирование составляющей 1.1 управляющих фазных напряжений соответствует такому режиму работы НПЧ, при котором в каждый момент времени с максимальным по абсолютной величине выходнымнапряжением (управляющее напряжение 45поддерживается на уровне:й 7 ) работаетта из фаз НПЧ, которая имеет в данный момент времени максимальный по абсолютнойвеличине выходной ток. При этом полярность Чосовпадает с текущей полярностьюзадающего напряжения этой фазы. 50Для создания такого алгоритма управления НПЧ в каждый момент времени уравнивают между собой его выходные токи11 контролируют наибольший 1, , и наименьший 1 из них и формируют дополнительное управляющее напряжение 11, прямоугольной формы с амплитудой +Ч,. Полярность напряжения 11, совпадает с полярностью одного из сигналов 1, , 1 наибольшего в данный момент времени по абсолютной величине. При передаче через НПЧ активной мощности в направлении от источника питания к нагрузке полярность полученного напряжения 1.1, совпадает с полярностью задающего напряжения фазы, пропускающей максимальный по абсолютной величине ток. В случае, когда передача активной мощности происходит в обратном направлении, получаемое первоначально напряжение 3 необходимо проинвертировать.В дальнейшем из напряжения 1.1 вычитают задающее напряжение фазы с максимальным по абсолютной величине током, результатом вычитания является составляющая 11 управляющих фазных напряжений, которую прибавляют ко всем фазным напряжениям ( 1 за., 11 е, 1 1 с и формируют таким образом управляющие фазные напряжения Цу, 1 Луь, 1.)с,Реализация данного способа управления осуществлена в устройстве (фиг. 2), включающем в себя трехфазный НПЧ 1, нагрузкой которого является обмотка статора двигателя 2 переменного тока, датчики 3 - 5 тока статора, элементы 6, 7 сравнения сигналов по максимуму, элементы 8, 9 сравнения сигналов по минимуму, усилитель-ограничитель 10, ключевые аналоговые элементы 11 - 12, аналоговый инвертор 13 сигнала, логический элемент СРАВНЕНИЕ 14, промежуточный суммирующий элемент 15, выходные суммирующие элементы 16 - 18, нелинейный элемент 19. В качестве задатчика модулирующих напряжений 1, Ц, выступают синусоидальные задающие напряжения 1 за, 1-1 зв, 1-1 зсПервые входы суммирующих элементов 16 - 18 соединены с выходами задатчика модулирующих напряжений, вторые входы с выходом суммирующего элемента 15. Первый вход суммирующего элемента 15 соединен с выходом ключа 11, второй вход - с выходом ключа 12 через инвертор сигнала 13, Третий вход суммирующего элемента 15 соединен с выходом нелинейного элемента 19, два входа которого подключены через элементы 7, 9 сравнения по максимуму и минимуму к выходам элементов 16 - 18. Входы ключей 11, 12 подключены к выходу усилителя-ограничителя 10, два входа которого подключены через элементы 6, 8 сравнения по максимуму и минимуму к выходам датчиков 3 - 5 тока статора двигателя. Управляющие входы ключей 11, 12 подключены к выходам логического элемента.Элементы 6 и 8 сравнения, образованные двумя тройками диодов, объединенных соответственно катодами и анодами, определяют наибольшее ь, и наименьшее ьь из мгновенных значений фазных токов 1, 1 1, статора, усилитель-ограничитель 10, рабо тающий в режиме компаратора, на своем вы 14032885 10 15 20 25 Формула изобретения 30 35 40 45 50 55 ходе формирует напряжение 13, = + Ч, Полярность напряжения Ц, совпадает с полярностью наибольшего по абсолютной величине фазного тока статора.В частности, на интервале времени А (фиг. 3) наибольшим по абсолютной величине является положительный выходной ток 1 Поэтому положительный сигнал 1 макс на входе усилителя-ограничителя 10 (фиг. 2) по абсолютной величине больше, чем отрицательный сигнал 1.м, напряжение на выходе усилителя 10 Б = +ЪОр . Это напряжение через замкнутый ключ 11 (на фиг. 3 показаны диаграммы для двигательного режима работы электрической машины) подключено к первому входу суммирующего усилителя 15, В случае инверторного режима работы электрической машины выходное напряжение усилителя 10 было бы подключено к второму входу усилителя 15 через замкнутый ключ 12 и инвертирующий усилитель 13, при этом напряжение на входе усилителя 15 для интервала времени А было бы равно - Ч, . Управление ключами 11, 12 осуществляется логическими сигналами О и 1, формируемыми на выходах логического элемента 14. Элемент 14 выполняет логическую функцию Сравнение, формируя на своих выходах взаимно противоположные комбинации логических сигналов при однополярных и разнополярных входных сигналах. Сравнение полярностей этих сигналов должно выявлять направление передаваемой через НПЧ активной мощности. Для регулируемого электропривода такими сигналами могут быть используемые в системе автоматического регулирования сигналы заданного момента гп, и фактической скорости сц двигателя. Одинаковая полярность гп, и и соответствует двигательному режиму, разная полярность - генераторному режиму электрической машины.Выходное напряжение усилителя 15 подается на входы суммирующих усилителей 16 - 18. При этом на интервале времени А (фиг. 3) выходное напряжение Бу усилителя 16 достигает уровня + У и несколько превосходит его, открывается нелинейный элемент 19, имеющий по входу зону нечувствительности в интервале ( - Чр ) -- (+Ъ"р ) и большой коэффициент усиления в открытой зоне. Через элемент 19 на третий вход усилителя 15 действует сильная отрицательная обратная связь, В результате напряжение 11 У на выходе усилителя 15 принимает такую величину, что напряжениелишь незначительно превышает уровень +Ъ-, при этомИуи= - 11 зс + Ъгр . (2)На следующем интервале времени В наибольшим по абсолютной величине является отрицательный ток 1. Отрицательный сигнал 1 по абсолютной величине больше, чем положительный сигнал 1 напряжение Ы = - Чо-р, напряжение на выходе элемента 17 становится несколько меньше, чем - Ч, открывается нелинейный элемент 19, напряжение на выходе элемента 15 устанавливается на уровне1 1 ум= - 1.3 зв - Ъфгр (3)Составляющая 11 уи управляющих фазных напряжений в установившемся режиме работы (Я=сопй) представляет собой периодическую функцию времени 1.1 ум (ЗЯ. переключение полярности 11 и происходит в моменты времени изменения полярности очередного фазного выходного тока НПЧ.На фиг, 1 показаны в относительных единицах зависимости величины реактивной мощности Яна входе НПЧ от глубины регулирования р его выходного напряжения для значений коэффициента сдвига фаз основных гармоник напряжения и тока в нагрузке НПЧ сов ч;1 и созе,= 0,9 при различных способах управления НПЧ.Предлагаемый способ управления НПЧ позволяет снизить до возможного минимума потребляемую НПЧ реактивную мощность (кривая С на фиг. 1) при общем характере нагрузки и глубоком регулировании выходного напряжения. Способ регулирования выходных фазных напряжений трехф азного преобразователя частоты, соединенного по схеме звезда без нейтрального провода по отношению к нагрузке, при котором формируют фаэнце напряжения на выходе преобразователя путем коммутации вентилей в соответствии с фазными управляющими напряжениями, формируемыми в виде суммы соответствующего задающего фазного напряжения и результата вычитания одного из задающих фазных напряжений из формируемого в одинаковой с этим напряжением полярности дополнительного напряжения, амплитуда которого соответствует максимально возможному выходному фазному напряжению преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей преобразователя частоты, работающего на нагрузку с коэффициентом сдвига фаз напряжения и тока, меньшим единицы, сравнивают между собой в каждый момент времени мгновенные значения токов на фазных выходах преобразователя, для определения полярности указанного дополнительного напряжения и последующего вычитания из него используют задающее напряжение той фазы преобразователя, на выходе которой ток в данный момент времени максимален по абсолютной величине.-Рагр +Игр Составитель Г, МТехред И. ВересТираж 665митета СССР по делаЖ - 35, Раушскаяское предприятие, г. У едактор Н. Швыдкаяаказ 2879/51ИИПИ Государственного к113035, Москвароизводственно-полиграфи ыцыкКорректор И.МускаПодписноем изобретений и открытийаб., д. 4/5жгород, ул. Проектная, 4