Способ управления трехфазным преобразователем частоты

(51)М. Кд, Н 02 Р 13/16 Государственный комитет СССР но делаю изобретений и открытий(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в трехфазных преобразователях частоты с явно или неявно выраженным звеном постоянного напряжения, предназначенных для частотно-регулируемого злектропривода.Известны способы управления трехфазными преобразователями частоты для о регулируемого электропривода путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения, по которым переключение управляемых вентилей произВОдится путем сраВнения треугольных или пилообразных несущих сигналов с трехфазными синусоидальными, трапецеидальньпчи или треугольными модулирующими сигналами 1), Недостатками этих способов реализации ШИМ являются повышенная сложность осуществляющих их систем управления, увеличенные требования к быстродействию силовой части этих систем, ограничение верхнего предела регулирования выход ного напряжения, что приводит к раз" нице между максимальным выходным напряжением при ШИМ и напряжением в контуре постоянного тока преобразователя.30 Известен также способ, реализуемый преобразователем с ШИМ выходногонапряжения с синфазными прямоугольными модулируюшими и несущими сигналами, имеющими соотношение периодов,выраженное целыми числами, и совпадающими по фазе 2. Такой способ регулирования напряжения называют ши"ротно-импульсным регулированием (ШИР).Преимуществами регулироваккя напряжения методом ШИР являются уменьшенная по сравнению с ШИМ частота переключения силовых ключей и отсутствиесубгармонических составляющих, а недостатками - более низкий порядоквысших гармонических составляющих ввыходном напряжении, чем при ШИМ, иих относительно высокое содержанке.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ управле"ния трехфазным преобразователем частоты для регулируемого электропривода путем широтно-импульсной модуляцик прямоугольными модулирующкми инесущими сигналами с замыканием всехфаз нагрузки на один из полюсов питания на интервалах нулевых пауз между импульсами напряжения 3, б 8 б 138Недостатками данного способа основанного ца ШИР, являются более низкий порядок высших гармонических составляющих н выходном напряжении и ихотносительно нысокое содержание.Цель изобретения - увеличение пс 5рядка высших гармонических составля,ющих в выходном напряжении для уменьшения пульсаций вращающего моментадвигателя привода и упрощение реализации. 10Указанная цель достигается благодаря тому, что при формировании сигналов управления, не изменяя длителькости несущих сигналов, Формирующихпервые (последние) дне трети импульсов полуволны напряжения в каждой фазе, укорачинают со стороны заднего(переднего) фронта несущие сигналы,формирующие последнюю (первую) третьполуволны напряжения в каждой Фазе.На фиг. 1-5 представлены диаграммы сигналов управления, реализующихпредлагаемый способ управления трехфазным преобразователем частоты, исоответствующие формы фазного напряжения, причем диаграммы на Фиг. 1 и2 соответстнуют двуполярной системесигналов управления; на Фиг. 3 и 4однополярной, диаграммы на Фиг, 5поясняют управление вентилями преобразователя при различных Фазовых сдни-ЗОгах тока и случае однополярной системы сигналов; на фиг. б представленаблок-схема генератора управления, Формирующего сигналы для реализациипредлагаемого способа управления трех фазным преобразователем частоты,На Фигурах приведены следующиеобозначения". М и Мс, - модулируюциесигналы для катодной и анодной групподной фазы, Н и дН - соответственно 4 Онесущий и укороченные несущие сигналы, Г и Г - сигналы управления вентилями катодной и анодцой групп, В,Ва и ИкИц - сигналы включениявентилей в ныпрямительном и инверторном режимах соответственно для катодной и аноднай групп, И, - выходное фазное напряжение, ). - входнойсигнал на регулирование частоты,Бн в входн сигнал на регулирование напряжения.5 О На Фиг. 1 а приведены синфазные прямоугольные модулирующие сигналы М и Мд для одной Фазы трехфаэной системл и несущие сигналы Н при кратнос - 55 ти отношений их периодон, ранцом 12, Все управляющие сигналы Г, и 1;, приведенные иа фиг, 1 - 5, сформированы на основе модулирующих и несущих сигналов, приведенных ца фиг. 1 а. На ЬО фиг. 1 представлены днуполярцые сигналы управления с укороченными со стороны заднего Фронта несущими сигналами, формирующими последнюю треть полуволны напряжения, Ири этом на 65 Фиг.а укорочен один несущий сигнал,Формирующий последний импульс напряжения, а на фиг, 1 б - оба несущихсигнала,На Фиг. 2 а и б приведены днуполярцые управляющие сигналы Г и Г сооткветственно с одним и двумя укороченными со стороны передних Фронтоннесущими сигналами, Формирующими первую треть полувалны напряжения. Формы фазного напряжения Ц на Фцг. 1и 2 соответствуют приведенным накаждом из цих сигналам управления.На фиг. За и б приведены однополярцье сигналы управления Г и Г,1эквивалентные двуполярным сигналамна Фиг. 1 а и б, т.е. соотнетстненнос укорочением одного и двух несущихсигналов, формируюцих последнюю третьполунолны напряжения. Однополярныесигналы управления с укорочением несущих сигналов, формируюцих первуютреть полуволны напряжения, эквивалентные сигналам ца фиг, 2 а и б, приведены соответственно нв Фиг, 4 а и б,Заэцые напряжения 1) це зависят отгого, применена одно- или двуполярная система управляющих сигналов,т,е. идентичны соответственно наФиг. 1 а и За, Фиг, 1 б и Зб и т.д,На примере одцополярных сигналонуправления, приведенных на фиг. За,диаграмма на Фиг. 5 поясняет включение вентилей одной фазы в ныпрямительном и ицверторцом режимах в зависимости от величины отстаюв,егосдвига сигналов индикаторов направления тока,Согласно предлагаемому способуупранлеция трехФазцым преобразователем частоты широтно-модулированноенапряд ение Формируется следующим образом.В преобразователях с янным звеном постоянного напряжения - автономных ицнерторах напряжения управление производится, как правило,двуполярными управляющими сигналами.Включение управляемых вентилей катодных и анодных групп силовой схемы производится согласно управляющимсигналам без слежения за Фазой тока,В моменты пауз между импульсами напряжения включаются нсе вентили одной группы, а замыкание тока нагрузки всех фаз производится по контурам,содержащим обратные диоды вентилейданной группы.Сигналы управления, сформированные из синфазной системы моду.:ирующих и несущих сигналов одинаковойширины для всех трех фаэ, образуютнапряжение, регулируемое способомИИР, т,е. не модулированную по дли -тельности последовательность импуль -сов напряжения в трехфаэцой системе,Сужение одного несущего сицала,формируюцего последнии в пог:уволивимпульс напряжения (Фиг. 1 а), приводит к модуляции, т.е. перемене знакаили изменению амплитуды, каждого второго импульса, если период напряжения выходной частоты формируется из12-ти импульсов. Модуляция всех импульсов напряжения происходит в томслучае, если сужаются все несущиесигналы на последней трети полуволны,при данной кратности несущих и модулирующих сигналов - два сигнала 10(фиг. 1 б) .Сужение импульсов, Формирующихпервую треть полуволны напряжения(Фиг. 2 в и б), приводит к аналогичным Формам напряжения, но имеюцим поотношению к исходным, регулируемымспособом МИР, Фазовый сдвиг в противоположную сторону,Однополярные сигналы управлениямогут применяться только при наличиииндикаторов направления тока, которые принципиально необходимы в преобразователях частоты без явно выраженного звена постоянного напряжениянепосредственных преобразователяхчастоты с искусственной коммутацией,где ток инверторного режима пропускается через управляемые вентили.В этом случае управляемые вентиливключаются либо в выпрямительном, либо в инверторном режиме. 3011 ри наличии модулирующего сигналакатодной (анодной) группы М(Мч) выпрямительный режим катодной (айодной)группы вентилей В(В) включается приналичии сигнала управления Г (Гц ), 35если отсутствует сигнал индикаторанаправления тока анодной (катодной)группы Тд (Т), а при формированиипротивоположной полуволны напряжения, т.е. при действии сигнала Мс,(М),овыпрямительный режим включается йаинтервалах между сигналами управления Гс,(Г ) при наличии сигнала индикатора направления тока катодной(анодной) группы Т(ТС,) .45Инверторный режим катодной (анодной) группы вентилей И(Иц) придействии сигнала М(М ) включаетсяна интервалах между управляющимисигналами Г(Гц), если отсутствуютсигналы индикатора направления токаанодной (катодной) группы То(Т), ина интервале отстающего сдвига токапри действии сигнала М(М) - приналичии управляющих сигналов Г(Г ) .Управление вентилями преобразователя по описанному алгоритму при различных величинах отстающего сдвига тока иллюстрируют диаграммы на фиг. 5 а,б, в, г и д, а Формируемое в этом случае фазное напряжение - на Фиг. 5 е. 6 ОЛля Формирования управляюцих сигналов, реализуюцих предлагаемый способ управления трехфазным преобразователем частоты путем широтно-импульсной модуляции, может быть применен 65 несколько видоизмененный генераторуправления (Фиг. 6), применяемый дляпреобразователей с 0 ИР. Входной сигнал на регулирование частоты д. поступает на ведущий генератор 1. Еговыходной сигнал поступает на кольцевую пересчетную схему 2 и синхрониэирующий вход генератора 3 несущих синалов. На другой вход генератора 3поступает входной сигнал на регулирование напряжения преобразователя П . Сигналы с выхода пересчетнойсхемы 2 з апу с кают ше сти к ан ал ьны е формирователи 4 модулир л.: их М и 5 вспомогательных М (сдвинутых по Фазе на30 по отношению к модулирующим) сигналов. Формирователь 6 сигналов управления логической обработкой поступающих на его входы сигналов М, М,Н и ЬН Формирует управляющие сигналы Г,Предложенный способ управленияувеличивает порядок высших гамонических составляющих в выходном напряжении, что уменьшает пульсации вращаюцего момента двигателя привода иупроцает систему управления.формула изобретенияСпособ управления трехфазным преобразователем частоты для регулирования электропривода путем широтноимпульсной модуляции выходного напряжения прямоугольными модулирующимии несущими сигналами с замыканиемвсех Фаз нагрузки на один из полюсовпитания на интервалах нулевых паузмежду импульсами напряжения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения порядка высших гармонических составляющих в выходномнапряжении для уменьшения пульсациивращаюцего момента двигателя привода и упрощения реализации, при Формировании сигналов управления, неизменяя длительности несущих сигналов, формируюцих первые (последние) две трети импульсов полуволнынапряжения в каждой Фазе, укорачивают со стороны заднего (переднего)фронта несущие сигналы, Формирующиепоследнюю (первую) треть полуволнынапряжения в каждой Фазе.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сандлер А.С. Усяцкий Ю.М,Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией, М., Энергия,1968, с. 20-23.2. Тренихин В,В, Преимуцества синхронного способа регулирования частоты в инверторе с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения. Сб.трудов ЛИИБТ, вып, 336, Л.,19723. Дорошин Е.Р. Принципы широтноимпульсного регулирования напряжения преобразователей частоты, Э.П,Преобразовательная техника,Информ-научно-технический сб., вып.6/,тЩа аа В,ВаИ Г 7 Вл Ва Ик ИаС ставитель О. Нака Тех ед М, Пет ко Тираж 857И Государственного коделам изобретений и оосква ЖРазыская Подписноеитета СССРкрытийнаб. д. 4