Устройство для управления трехфазным непосредственным преобразователем частоты

995259 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сева СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 290981 (2 ) 3341772/24-07с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийДата ойубликованмя онмсання 07.02.83(72) Авторизобретения В.В. Иванцов электротехнически ут" "=Заявитель Новосибир ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫИ НЕПОСРЕДСТВЕННЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЯ ЧАСТОТЫ 4 ) УСТРО.1 С Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления.трехфазным преобразователем частоты с непосредственной связью НПЧ в составе источника электропитания переменного напря-: жения стабильной частоты и амлитуды.Источники переменного напряжения стабильной частоты используются на транспорте для питания различных . по характеру нагрузок и, в частности, должны обеспечивать удовлетворительное качество электроэнергии при ра- боте на нелинейную нагрузку (например, выпрямители иа основе нулевых схем), Система управления преобразователем частотыв источнике элек-. тропитания должна также обеспечи-: вать исключение постоянной составляющей в токе нагрузки и преобразо- . вателя в режимах перегрузок н короткого замыкания.Известно устройство управления трехфазным преобразователем частоты, которое содержит трехфазный задавщий генератор напряжения синусоидальной формы, генератор опорных напряжений, три канала регулирования Фазных напряжений синусоидальной Формы с корректирующими звеньями, выходы которых через суммирующие элементысоединены с входами регуляторов 11 3.К недостаткам данного устройстваотносится. то, что в режимах перегрузок и короткого замыкания из-зауменьщения коэфФициента усиленияцепи обратной связи и по вйходнамунапряжению возможно .появление посто О янной и субгармонических составляющих в направлении и токе нагрузкиНПЧНаиболее близким по:техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для управления трехфазнымнепосредственным преобразователем.частоты с нелинейной нагрузкой,содержащее задающий генератор трехфазного напряжения, три канала регулирования, каждый из которых включает два сумматора, .блок импульсноФазового управления, датчик токанагрузки, цепь отрицательной обратной связй по выходному напряжениюи цепь отрицательной обратной связипо току нагрузки, подклвченнув черезинтегрирующий фильтр к второму,суэ- мирующеиу элементу, причем соответствующий выход задающего генератораподклвчен к первому сумматору, выЗо ход второго сумматора подключен квходу блока импульсно-фазового управления 2 ).Недостатком известного устройства. является то, что при работе преобразователя частоты на нелинейную нагрузку, например выпрямитель на основе нулевой схемы выпрямления, потребляющий постоянную составляющую тока от преобразователя, выходное напряжение НПЧ суцественно искажается, так как отрицательная обратная связь по постоянной составляющей тока нагрузки воздействует на управляющее напряжение НПЧ, стремясь уменьшить постоянную составляющую в токе нагрузки за счет увеличения постоянной составляющей напряжения НПЧ, 5 что противоречит алгоритму работы контура обратной связи по выходному напряжению, В Результате в системе управления НПЧ возникают неуправляемые колебания, искажающие выходное 20 напряжение, которые могут привести к необходимости отключения преобразователя от нагрузки. Цель изобретения - повышение ка чества выходного напряжения преобразователя частоты при работе на не- . линейную нагрузку.Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления 30 трехфазным непосредственным преобразователем частоты с нелинейной нагрузкой, содержацее задающий генератор трехфазного напряжения и три канала регулирования, каждый иэ кото рых включает два сумматора, блок импульсно-фазового управления, датчик тока нагрузки, цепь отрицательной обратной связи по выходному напряжению и цепь отрицательной об ратной связи по току нагрузки, подключенную через интегрирующий фильтр к второму суммирующему элементу, причем соответствующий выход задающего генератора подключен кпервому сумматору, выход второго сумматора подключен к входу блока импульснофаэового управления, снабжено в каждом канале регулирования двумя компараторами, ключам сброса в интегрируюцем фильтре, интегрально-дифференциальным звеном с ключом сброса и усилителем-.ограничителем, включенным между выходом первого и входом второго сумматоров, выход одного иэ компараторов предназначен для под ключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к управляющему входу ключа сброса интегрирующего фильтра, вход интегрально-дифференциалЬного звена предназначен для 60 подключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к первому сумматору, вход другого компаратора подключен к выходу датчика тока, а выход - к управляющему входу ключа у сброса интегрально-дифференциальногозвена.На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - эпюры нанряжений, поясняющие работу устройства управления.Устройство содержит задающийгенератор трехфазного напряжениясинусоидальной форьы, выходы которого подключены через первые сумматоры 2-4 к усилителям-ограничителям5-7, выходы которых через один извходов вторых сумматоров 8-10 и блоки 11-13 импульсно-фазового управления соединены с управляющими входами тиристорных.комплектов 14-16.На выходе, каждой фазы НПЧ установлены силовые фильтры 17-19, датчики20-22 токов нагрузки и датчики 23-25выходного напряжения, измеряющиемгновенное значение напряжений нанагрузке 26-28. В цепях обратнойсвязи по току установлены компараторы 29-31 напряжения и фильтры 32-34,имеющие интегрирующие конденсаторы35-37 и ключи 38-40 сброса напряжения. Выходы цепей обратной связи потоку соединены с входами вторых сумматоров 8-10. В цепяхобратной связи по напряжению установлены компараторы 41-43 токов и интегральнодифференциальные звенья 44-46, содержащие интегрирующие конденсаторы47-49 и ключи 50-52 сброса напряжения. Выходы цепей обратной связи понапряжению подключены к входам первых сумматоров,Рассмотрим работу предлагаемогоустройства (фиг. 1), воспользовавшись эпюрами напряжений, поясняющимипринцип действия устройства управления для одной фазы НПЧ (фиг. 2).На фиг.изображены выходное напряжение (53) одного из датчиков 23-25и уровни срабатывания компараторов29-31 напряжения (54, 55), выходныеимпульсы 56)компараторов напряже,ния, сигнал датчика тока нагрузкиНПЧ (57) и уровни срабатывания компараторов 41-43 тока (58, 59), выходной сигнал компаратора тока (60),напряжение на интегрируюцей емкости.47-49 звена в цепи обратной связипо напряжению (61) и напряжение наинтегрируюцей емкости 35-37 фильтрав цепи обратной связи по току нагрузки (62).Устройство работает следующимобразом.В режимах работы НПЧ на нагрузку,не превышающую номунальную, в томчисле и при работе на выпрямительпо нулевой схеме, выходное напряжение на нагрузке 26-28 стабилизируется на заданном уровне обратнойсвязью по выходному напряжению. Приэтом напряжение 53 датчика (фиг. 2)превышает уровни 54 и 55 срабатываФормула изобретения ния компаратора 54 и 55 и на его выходе Формируются импульсы 56, осуществляющие сброс напряжения с конденсатора фильтра в цепи обратной, связи по току. Частота импульсов равна двойной частоте выходного на- пряжения 53 преобразователя, так как компаратор реагирует на обе полуволны напряжения НПЧ. При этом выходное напряжение 62,фильтра (фиг. 2) практически равно нулю, обратная связь по току разорвана и не влияет на работу НПЧ, на нелинейную нагрузку, потребляющую постоянную составляющую тока 57 фиг. 2).В рассматриваемом режиме ключи 50-52 сброса В каналах обратной связи по вйходному напряжению разомкнуты, так как сигналы датчиков 20-22 тока меньше уровней срабатывания компараторов тока 57-59. При этом замкнута отрицательная обратная связь с большим коэффициентом усиления по низкочастотным составляющим напряжения ННЧ, уменьшающая субгармоники и постоянную составляющую в выходном - напряжении. Применение интегрально- дифференциальных звеньев в контуре регулирования напряжения позволяет улучшить форму выходного напряжения преобразователя частоты эа счет уменьшения низкочастотных и части высокочастотных гармоник,а включение этих звеньев в цепи обратной связи позволяет упростить задающий генератор 1 системы управления, так как снимает требование исключения постоянной составляющей в выходном сигна.ле задающего генератора 1.В режиме перегрузки и короткого замыкания выходное напряжение НПЧ существенно уменьшается, а ток нагрузки возрастает 53, 57, фиг. 2 ). В этом режиме коэффициент усиления преобразователя частоты по напряжению уменьшается, что приводит к снижению эффективности отрицательной;обратной связи по напряжению. Кроме того, возможно появление неконтролируемой постоянной составляющей сигнала на выходе интегрально-дифференциального звена из-за возрастания влияния паразитных параметров его усилителя, что может ухудшить переходный процесс возвращения системы в нормальный режим работы. В рассматриваемом режиме более эффективное уменьшение постоянной и субгармонических составляющих в выходном сигнале НПЧ В заданном случае - ток нагрузки ) может быть осуществлено с.помощью обратной связи по току нагрузки, которая начинает действовать, так как ключи 38-40 сброса напряжения (фиг. 1) размыкаются при уменьшении выходного напряжения преобразователя и прекращении генерации импульсов компараторами напряжения (56, 62, Фиг. 2) . Возрастание сигнала датчика тока фиг 2) выше уровней срабатывания компараторов токаприводит к генерации ими импульсов,которые поступают на ключи 50-52 и.осуществляют двухкратный за периодвыходной частоты сброс напряженияс конденсаторов 47-49 интегральнбдифференциальных звеньев 44-46,что исключает увеличение постояннойсоставлякщей их выходных сигналов,При переходе в нормальный режим 1 работы схеМа возвращается. в исходное состояние, когда цепь обратнойсвязи по току разорвана, а цепьобратной связи понизкочастотнымсоставляющим напряжения имеет боль шой коэффициент усиления.В.прототипе цепи обратной связипо напряжению и току действуют одновременно, что вызывает искажениянапряжения преобразователя при ра) боте на нелинейную выпрямительнуюнагрузку.По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет исключить одновременное действие цепейобратной связи по напряжению и токупри работе на нелинейную нагрузкуПри этом повышается качество выходного напряжения преобразователя ирасширяются функциональные возмож- ЗО ности системы электропитания с преобразователем частоты.Разделение работы обратных связейпо напряжению и току в зависимостиот режима нагрузки НПЧ исключаетВОЭМОЖНОСТЬ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДОПОЛНИтельных искажений напряжения НПЧ приработе на нелинейную нагрузку, приэтом качество выходного напряженияНПЧ повышается. Устройство для управления трехФазным непосредственным преобраэова телем частоты и нелинейной нагрузкой, содержащее задающий генератортрехфазного напряжения и три каналарегулирования, каждый из которыхвключает два сумматора, блок импульс но-Фазового управления, датчик токанагрузки, цепь отрицательной обратной связи по выходному напряжениюи цепь отрицательной обратной связипо току нагрузки, подключенную через интегрирующий фильтр к второмусуммирующему элементу, причем соответствующий выход задающего генератора подключен к первому сумматору,выход второго сумматора, подключенк входу блока импульсно-фазового уп- еО равления, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения качествавыходного напряжения, оно снабженов каждом канале регулирования двумякомпараторами, ключом сброса в ин тегрирующем фильтре, интегрально-диф 995259ференциальным звеном с ключом сбросаи усилителем-ограничителем, включенным между выходом первогои входом второго сумматоров, вход одногоиз компараторов предназначен дляподключения к входу нелинейной нагрузки, выход подключен к управляющему входу ключа сброса интегрирующего фильтра, вход интегрально-дифференциального звена предназначендля подключения к входу нелинейнойнагрузки, выход подключен к первомусумматору, вход другого компаратораподключен к выходу датчика тока,а выход - к управляющему входу ключа сброса интегрально-дифференциального звена.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иванцов В.В., Подьяков Е.А,.и др, Стабилизация выходного напряжения системы электроснабжения переменного тока с преобразователем частоты.-Сб, "Преобразовательная техникаф, Новосибирск, НГУ-НЭТИ, 1978,с. 165, 167.2. Авторское свидетельство СССРР 663063, кл. Н 02 Р 13/16, 1979.1995259 оставитель Г. ЕФимехред Л.Пекарь Корректор В. Прохне Редант Тираж 685ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушс