Непосредственный преобразователь частоты с широтно импульсным регулированием выходного напряжения

,801107249 Зс 51) Н 02 Р 13/30, Н 02 М 5/27 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(46) 07.08.84, Бюл. Р 29 (72) И,С. Кутрань, В.А. Лукьяненко, В,М. Михальский, Б.Е. Пьяных, В.Н, Соболев и Э.М. Чехет (71) Институт электродинамики АН Украинской ССР(56) 1, Карташов Р.П Кулиш А.К., Чехет Э.М. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев, "Техника", 1979, с. 150.2, Авторское свидетельство СССР В 483746, кл. Н 02 М 5/27, 1975.3. Авторское свидетельство СССР У 920992, кл. Н 02 М 5/27, 1982. (54)(57) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовую схему на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по . мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки,задающий генератор пилообразногонапряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, источник напряжения уставки, распределитель импульсов, выходы которого подсоединены к входамуправляемых ключей силовой схемы,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения формы выходоготока, в него введены дополнительноформирователь пилообразного напряжения и сумматор, причем вход формирователя пилообразного напряжениясоединен с выходом первого компаратора, выход его подсоединен к одному из входов сумматора, другойвход которого соединен с источникомнапряжения уставки, а выход - с входом второго компаратора, которыйсвоим выходом подсоединен к входураспределителя импульсов.107249 20 30 40 45 50 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты для регулируемых электроприводов переменного тока и спецпотребителей. Известны непосредственные поеобразователи частоты (НПЧ) с широтноимпульсным регулированием ШИР) выходного напряжения. Для осуществления ШИР в выходном напряжении формируют паузу, на время которой нагрузка отключается от источника питания и закорачивается1-3 1.Недостатком известных НПЧ с ШИРявляется го, что длительность паузы формируют только в зависимостиот требуемой величины действующего(среднего) значения выходного напряжения либо вводят паузу каждый раз,когда мгновенное значение выходного тока превышает заданный уровень.Мгновенные значения токов в полупроводниковых ключах нреобразователей определяются мгновенными значениями питающих напряжений и параметрами нагрузки. При переменномхарактере нагрузки мгновенное значение тока может превышать допустимую величину, что ведет с выходу из строя транзисторного ключа или ксрыву коммутации в тиристорном преобразователе с искусственной коммутацией, если не предусмотрен значительный запас по величине коммутирующей емкости, Недопустимость перегрузок по току снижает надежность преобразователя при работе его на переменную нагрузку.Наиболее близким к изобретению является непосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, содержащий силовую схему на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по мостовой или нулевой схеме, датчики тока н каждой входной или выходной фазе, выхоцы которых через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, вы ход которого соединен с одним из входов второго компаратора, другой вход которого соединен с источни-" ком напряжения уставки, а выход -с одним из входов логического элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом первого компарато-,ра, а выход - с входом установки нуля триггера, единичный установочный вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а выход -к входу распределителя импульсовуправления силовыми ключами 3,Если ток на выходе датчика тока в любой из фаз достигает значениятока уставки, то срабатывает первый компаратор и через схему ИЛИсбрасывает в нуль триггер независимо от состояния второго компаратора, определяемого значением напряжения уставки и пилообразногонапряжения задающего генератора.Таким образом, момент сравнния тока с заданным уровнем определяетначало паузы в выходном напряжениипреобразователя, что.приводит кограничению мгновенного значениятока в нагрузке, Однако формирование пауз происходит одновременново всех выходных фазах преобразователя. Вместе с этим искажается иформа выходного напряжения во всехфазах и, соответственно, форма тока. Если превышение мгновенногозначения тока носит нерегулярныйхарактер, то при описанном способевведения паузы возможно появление ввыходном токе постоянной составляющей, а для трехфазного выхода и составляющих обратной последовательности. Взаимное влияние фаз на форму выходного тока можно исключить,если импульсы управления силовымиключами формировать по независимымканалам для каждой выходной фазы.Такое решение приводит к усложнениюсистемы управления,Цель изобретения - улучшение формы выходного тока.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователе, содержащем силовую схему на полностьюуправляемых ключах с двустороннейпроводимостью, выполненную в каждойвыходной фазе по мостовой или нулевой схемам, датчики тока в кажцойвходной или выходной фазе, выходыкоторых подсоединены к одному извходов первого компаратора, другойвход которого подсоединен к источнику тока уставки, задающий генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, источник. напряжения уставки, распределитель импульсов, выходы которого подсоединены к входам управляемых ключей силовой схемы, введены дополнительно Формирователь пилообразногонапряжения и сумматор, причем вход формирователя пилообразного напряжения соединен с выходом первого компаратора, выход его подсоединен к одному из входов сумматора, второй вход которого соединен с источникомнапряжения уставки, а выход - с входом второго компаратора, которыйсвоим выходом подсоединен к входу распределителя импульсов.На фиг. 1 изображена Функциональная схема преобразователя, на фиг. 2, - временные диаграммы, поясняющие последовательность Формирования управляющих импульсов (номера диаграмм соответствуют номерам входов и выходов блоков на функциональной схеме); на фиг. 3 - эпюра выходного напряжения одной из Фаз трехфазного мостового преобразовател.я.Преобразователь содержит силовую схему 1, собранную по трехфазной мостовой схеме на ключах с двусторонней проводимостью, трехфазный датчик 2 тока, расположенный на входе НПЧ и подключенный к входу 3 первого компаратора 4, на другой вход 5 которого подается напряжение от источника 6 уставки тока, Формирователь 7 пилообразного напряжения, который входом 8 подсоединен к выходу первого компаратора 4 и выходом к входу 9 сумматора 10, на другой вход 11 которого подается напряжение от источника 12 уставки напряжения, второй компаратор 13, вход 14 которого соединен с выходом сумматора 10, а вход 15 - с выходом задающего генератора 16 пилообразного напряжения, и распределитель 17 импульсовуправления силовыми ключами, вход 18 которого соединен с выходом второго компаратора 13, а выходы - с ключами 19 - 36 силовой схемы 1 НПЧ.Преобразователь работает следующим образом.Напряжение с выхода датчика 2 то.ка подается на вход 3 первого компаратора 4 и сравнивается с напряжением источника 6 уставки тока,подаваемым на другой вход 5. В слу -чае непредвиденного наброса нагрузки преобразователя или по какой-либо другой причине мгновенное значение тока может превысить заданныйуровень, и тогда первый компаратор4 выдает импульсы, соответствующиемоментам равенства напряжения датчика 2 тока и напряжения источника 10 6 уставки тока. Предположим, чтодатчик 2 тока зафиксировал превышение мгновенного значения токав моменты времени , С (диаграмма 8, фиг2),.Импульсы с выхо да первого компаратора 4 поступаютна вход формирователя 7 пилообразного напряжения. Этот формировательможет быть построен, например, ввиде интегратора с зарядной емкос тью. При поступлении импульсов навход 8 емкость разряжается, затемначинается процесс заряда и нарастания напряжения на выходе Формирователя (фиг. 2). При этом постоян ная времени выбирается такой, чтордьр ьар ЗГ Зар ф 5 гпериод пилообразного напряжениязадающего генератора 16. На фиг. 2время перезаряда емкости показано Зо соизмеримым с периодом задающегогенератора из соображений наглядности. Напряжение с выхода Фьр;,ярователя 7 и напряжение с выходаисточника 12 уставки цапряжения 35 с разной попяростью подаюгся навходы 9 и 11 сумматора 10. В результате уровень напряжения уставки на выходе сумматора 10 понижается в момент времени С., и медленно 40 нарастает до своего исходного значения в момент времени С 2, затемпроцесс повторяется каждый раз, когда происходит сравнение тока с заданным уровнем (диаграмма 14,фиг. 2). Напряжение с выхода сумматора 10 поступает на вход 14 второго компаратора 13, на другой вход15 которого поступает пилообразноенапряжение задающего генератора16 (диаграмма 15, фиг, 2).Регулируемые по скважности импульсы на выходе второго компаратора13 показаны на временной диаграмме 18 (фиг, 2)Они поступают на 55вход 18 распределителя 17 и служатдля формирования последовательности импульсов 37 управления силовыми ключами 19-36. Уровень напряжения, с которым сравнивается пилооб 1107249разное напряжение задающего генератора 16, задает длительность паузыв выходном напряжении НПЧ. Такимобразом, корректируя напряжениедатчика 12 уставки с помощью суммутора 10 в сторону уменьшения,тем самым уменьшают напряжение навыходе преобразователя увеличиваютпаузу) и ограничивают мгновенноезначение тока. Если уровень уставкинапряжения выбран таким, что принекоторых изменениях нагрузки илинапряжения питающей сети ток можетдостигать недопустимых значений,то происходит автоматическое пони"жение уровня уставки и ограничивается нарастание тока. Причем этот режим работы может быть как кратковременным, так и продолжительным, невнося существенных искажений и асимметрии в систему выходных напряжений и токов преобразователя, Такимобразом, достигается ул)чшение формы выходного тока, что приводит кулучшению технико-экономическихпоказателей при эксплуатации преобразователей частоты с непосредствен ной связью.Наиболее близким по принципу работы в качестве базового объекта может быть выбран преобразователь частоты, используемый для частотного управления электроприводом препаративной ультрацентрифуги, Для повышениянадежности преобразователя частотыформируют паузу в напряжении каждыйраз, когда мгновенное значение то ка превышает уставку тока. Это приводит к искажению формы выходноготока и неблагоприятно сказываетсяна работе электродвигателя и ультрацентрифуги в целом.20 Предлагаемый НПЧ с ШИР дает возможность ограничивать величину мгновенного значения тока, не искажаяего выходную форму.1107249 оставитель Г. Мыцыкехред С. Мигунова Николай ректо тор одписно Тира ного оми етении Рауш 5 а Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ака з 5 7 73/40 ВНИИПИ Государст по делам изо 113035, Москва, Ж тета СССРоткрытийя наб., д.