Способ управления преобразователем частоты с непосредственной связью

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 146 5 4 11 02 М 5/2 ОПИОАЙИЕ ИЭОБРЕЧЕНИК АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ зй ас 3 ИЙВВюахиию(21) (22) (Й 16) ( 2) тивоположной почального уровня и лярност моменты для кажд фазы определяюо включения титественн формирую ристо ров,импульсыформируютной формь и рямоугольны ительнос ью 180 эл,град., гнал пилообразучастки прямог ают по времени ьсамн и амплитув моменты оконопорныи с линейныерого совпа ос Г+ 2 с)(е2 (с ода кото рямоугол- т,) ЫМИ ж 1 П сигнало зн ения эталонн ала начально орн где сиг талонцог Рти,уровня и напряжен частота я синхронизирую -- врем щего эталонн я, закл атного мен момента и мотественного а чения тир отношению тор и туельмоме полож 1 чала ной полуволкы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 3525643/21-0721,12,8207,03,89. Бюл, Р 9И,В. Нежданов, Е,А, Подьяков,М.М. яхнин и В.В, Иванцов(56) Писарев А.Л Деткин А.П. Управление тиристорными преобразователями. - М.: Энергия, 1975, с. 28.Разработка системы управлениядля непосредственного преобразователя частоты с мощностью 30 кВт. От -чет по НИР )1 Б 425576. НЭТИ, Новосибирск, 1975, с, 32,(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОСВЯЗЬЮ, заключающийся в том, чтоформируют эталонное напряжение заданой величины и эталонный сигнал начания прямого хода равна эталонном напряжению, участки обратного хода имеют длительность менее 180 эл.град, и участки неизменного напряжения, равного ому сигналу начального уровн юченные между интервалами обр хода и интервалами прямого хода, формируют сигнал ограничения той же полярности, что и эталонныи сигнал начального уровня, формируют низкочастотное задающе напряжение сицусоидальной формы, из -меряют выходное напряжение преобразователя частоты и формируют управляющий сигкал, равный разности выходного и задающего напряжений и не превь 11 иаюший по амплитуде сигнала ограничения, сравнивают управляющий иопорнь:й сигналы, формируют импульсыуправления в моменты равенства опорных и управляющего сигналов и подают их ка тиристоры преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения формы выходного напряжения и повышения нагрузочной способности преобразователя частоты, определяют моменты начала положителькых полуволн фазного напряжения, выбирают синхроцизирующие моменты времени на интервале между началом положительных полуволн и моментами естественного включения тиристоров, указанное формирование прямоугольнь 1 х импульсов начинают в синхрокизирующие моменты, устанавли -вают значение эталонного сигнала ца -чального уровня, равноефиксируют значение опорного сигнала в момент естественного включения 1464269 тиристорон и устанавливают величину сигнала ограничения больше зафиксиоованного значения опорного сигнала,но меньше значения эталонного сигнала начального уровня, в номинальном режиме устанавливают амплитуду управляющего сигнала на уровне, не превьппающем зафиксированного значе - ния опорного сигнала.Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля управления преобразователем частоты с непосредственной связью иестественной коммутацией, входящимсостав источника электропитания1 теременного тока стабильной частоты.Цель изобретения - улучшение форлы выходного напряжения и повышение1 лагрузочной,способности преобразоателя частоты,На фиг. 1 представлена схема устойства, реализующего способ управения; на фиг. 2 - схема преобразоателя с непосредственной связью; 15а фиг. 3 - диаграммы, поясняющиеспособ и работу устройства.Устройство, реализующее предлагаемыйл способ содержит генератор 1впадающего напряжения синусоидальной 20формы, выход которого соединен с перВым входом сумматора 2. Выход сумматора 2 подключен к входу усилителяЬграничителя 3, к другому входу которого подключен первый выход источ - 25Ника 4 эталонных напряжений, второйВыход которого подключен к входу геНератора 5 опорных сигналов, Выходгенератора 5 соединен с одним входомблока 6 компараторов, второй вход которого соединен с выхоцом усилителяограничителя 3. Выход блока 6 черезблок 7 формирователей импульсов подключен к управляющему входу преобразователя 8, который получает питаниеот первичного источника 9 переменного напряжения, выход которого черезблок 1 0 синхронизации подключен квторому входу генератора 5. Выходпреобразователя 8 через силовой 40фильтр 11 подключен к нагрузке 12, Вы-ход фильтра 1 через блок 13 обратНой связи соединен с вторым входомсумматора 2,Первичный источник 9 вырабатывает многофазное переменное напряжение синусоидальной формы, которое поступает на вход преобразователя 8 и на вход блока 1 О. На фиг . 2 показана развернутая схема преобразователя 8, источника 9 и блока 10, в которой источник 9 представлен шестью фазными источниками 14-9 переменной ЭДС, формирующими симметричную шестифазную поспедовательность сигналов, преобразователь 8 содержит дроссели 20-25 и тиристоры 26-37, преобразователь 8 подключен через конденсатор 38 фильтра 11 к резистору 39 нагрузки 12, а бЛок 10 представляет собой набор компараторов входы которых подключеУны к источникам 14-19. Блок 10 фор - мирует напряжения прямоугольной формы по числу фаз источника 9, синхронизированные по фазе с ЭДС источника. Сформированные напряжения прямоугольной формы поступают на вход генератора 5 опорных сигналов и используются при формировании опорных сигналов пилообразной формы в качестве синхронизирующих сигналов, определяющих сдвиг фазы опорных сигналов относительно ЭДС источников 14 в 1. На два других входа генератора 5 опорных сигналов поступают эталонный сигнал начального уровня Бн, например, положительной полярности и эталонное напряжение Пд противоположной отрицательной полярности с выхода источ - ника 4. Эти два сигнала определяют верхний и нижний уровни опорных сигналов пилообразной формы, вырабатываемых генератором 5. Источник 4 также формирует сигнал ограничения ПГ той же полярности, что и эталонный сигнал начального уровня Цн,но меньшей величины, Сигнал Пс поступает на управляющий вход усилителя14642 ограничителя 3, формирующего управляющий сигнал.Управляющий сигнал представляетсобой низкочастотное переменное напряжение, повторяющее форму сигналана выходе сумматора 2, если амплитуда его меньше сигнала Б и равное Ц 1 на интервале превышениямодулем выходного сигнала сумматора 2 уровня сигнала 11. УправляюЪщий сигнал с выхода усилителя-ограничителя 3 и опорные сигналы пилообразной формы с выхода генератора5 поступают в блок 6, в котором вырабатываются импульсы управления вмоменты равенства опорных и управляющего сигналов. Эти импульсы формируются по длительности, усиливаются по мощности в блоке 7 и подаютсяна управляющие электроды тиристоровпреобразователя 8,Для пояснения принципа формирования опорных сигналов пилообразнойформы и управляющего сигнала рассмотрим диаграммы(фиг. 3), на которыхпоказана система ЭДС источников 1419, для шестифазной нулевой схемыпреобразователя (фиг. 2), одно изнапряжений прямоугольной формы иодин из опорных сигналов пилообразной формы, формируемых генератором5. Для формирования опорных сигналов выделяются характерные моментывремени Т - С . Момент 1 соответствует началу положительной полуволны фазной ЭДС питающей сети; момент й - пересечению ЭДС фаз питающей сети между собой в точкеестественного включения тиристоровдля шестифазной нулевой схемы 1 синхронизирующий момент 1 выбран вточке пересечения ЭДС фаз питающейсети между собой, опережающей моментестественного включения 1 з и отстающей от момента й, соответствующего началу положительной полуводныфазной ЭДС питающей сети; момент йотстает от момента естественноговключения Сз на 90 эл.град., моментотстает от момента й на 180 эл.град . В блоке 1 0 на интервале времени й - 1 для каждой фазы преобразователя 8 с помощью компараторов блока 10 формируются напряжения Уе . Компараторы блока 1 О осуществляют сравнение ЭДС фаз питающейсети и формируют напряжение Уя,фронты которых совпадают с момен 101520- 253035404550 696тами пересечения соответствующих фазных ЭЛС (Фиг. 3) .Сформированные компараторами блока 1 О напряжения Ц, поступают в генератор 5, который формирует опорные сигналы пилообразной Формы для каждого тиристора 26-37 преобразователя 8. Опорные сигналы Б содержат линейные участки прямого хода длительностью 180 эл,град. В начале каждого участка напряжение по величине равно сигналу Би и по фазе совпадает с моментом 1, в конце участка напряжение равно напряжению Пд и по Фазе совпадает с моментом 1 Участки обратного хода следуют за моментамии имеют длительность менее 180 эл.град. Участки неизменного напряжения равны сигналу Пя на интервале-между. участками обратного и прямого хода.Сигнал Ь, напряжение 111, а также сигнал ограничения Цформируются источником 4.Для реализации способа управления необходимо обеспечить определенные соотношения между величинами постоянных сигналов ПА, Бн, Ц,г и амплитудой управляющего сигнала, величина которой изменяется при изменении режима работы нагрузки 12. Для этого, во-первых, источник 4 формирует сигналы Бн, Пд , Ц- с определенным соотношением их значений по модулю, однозначно связанным с фазовыми соотношениями между началом прямого хода опорных сигналов (Г) и моментом естественного включения тиристоров в данной Фазе, Это соотношение определяется формулой% + 2 д(с - с)Пн- А -= 21 где и) - частота сетевого напряжения, При этом начало формирования прямого хода опорных сигналов совпадает с моментами времени С, когда величина опорного сигнала равна эталонному сигналу начального уровня Пн и заканчивается через 180 эл.град. в моменты времени С, когда опорный сигнал равен эталонному напряжению Ц . Соотношение напряжения 0 и сигнала Оц таково, что моменты перехода через ноль опорных сигналов (с 4) на участке прямого хода отстают на 90 эл.град, от моментов естественного включения С. Интервал Г.рсоответствует постоянству опорного сигнала, который поддерживается равным эталонному сигналу начального уровня, При таком выборе синхронизи 5 рующих моментов 1 и выполнении равенства в соотношении, связывающем Уи и П начало прямого хода опорного сигнала смещается в сторону опережения относительно моментов естественного включения С на 30 эл.град. При этом обеспечивается согласование управления комплектами тиристорами преобразователя, т.е. равенство углов управления тиристорами выпря мительного (тиристоры 26-31) и инверторного (тиристоры 32-37) комплектов при одинаковых сигналах управления, При этом моментам естественного включения С соответствует 2 п предельный уровень управляющего сигнала постоянного тока П, меньший чем эталонный сигнал начального уровня У, а углам управления 90 эл,град. - сигнал управления на 25 выходе усилителя в ограничите 3, равный нулевому уровню, Сигнал огра - ничения П,г, определяющий максимально возможную амплитуду управляющего сигнала на выходе усилителя-огра - ничителя 3 (фиг. 1), выбирается большим чем 11 р, соответствующее моментам естественного включения, но меньшим чем начальный уровень опорных сигналов 11, что обеспечивает пересечение опорных сигналов генератора 5 и низкочастотного управляющего сигнала, формируемого на выходе усилителя-ограничителя 3, на участках прямого хода опорных сиг налов хотя бы один раз за период управляющего сигнапа при любой его амплитуде.Моменты равенства напряжения управления 11 у и Поп выделяются ком в 45 параторами блока 6 и соответствуют моментам включения тиристоров преобразователя 8. Выходные импульсы блока 6 после формирования по дли- ТЕЛЬНОСТИ И УСИЛЕНИЯ ПО МОЩНОСТИ В блоке 7 поступают на тиристоры пре - образователя 8. В результате включения тиристоров преобразователя 8 на его выходе формируется низкочастотное переменное напряжение с частотой основной гармоники равной частоте выходного сигнала генератора 1, и амплитудой, пропорциональной амплитуде сигнала на выходе усилителя-ограничителя 3 и величине напряжения источника 9. Это напряжениепроходит через силовой сглаживающийфильтр 11 и поступает на нагрузку12, В свою очередь, напряжение свыхода фильтра 11 поступает черезблок 13 на второй вход сумматора 2и вычитается иэ низкочастотного задающего напряжения синусоидальнойформы, уменьшая тем самым амплитудусигнала на выходе сумматора 2. Приэтом замыкается отрицательная обратная связь по выходному найряжениюпреобразователя и стабилизируетсявеличина основной гармоники выходного напряжения, уменьшаются составляющие этого напряжения с частотами,отличными от основной. Блок 13 в данном случае выполняет роль регулятораи в зависимости от своей структурыи параметров может корректировать амплитудно-частотную характеристику замкнутой системы, улучшая ее качественные показатели. Однако и при использовании блока 13, не корректирующегоамплитудно-частотную характеристику,например при применении пропорционального звена, достигается требуемый эффект. В режиме работы на номинальную на - грузку выбирают соотношение эталонного сигнала начального уровня, эталонного напряжения и амплитуды управляющего сигнала таким, чтобы амплитуда основной гармоники, управляющего сигнала была примерно равна упомянутому предельному уровню (Пщ,) и не превышала его. Выбор необходимого соотношения обеспечивается выбором амплитуды низкочастотного задающего напряжения синусоидальной формы и величины напряжения источника 9 при определенных параметрах преобразователя 8, фильтра 11 и нарузки 12. При выбранном соотношении указанных сигналов и описанном выше способе формирования опорных сигналов импульсы управления на тиристоры вы - прямительного и инверторного комплектов формируются с частичным перекрытием вблизи моментов перехода через ноль управляющего сигнала, т.е, с частичным перекрытием интервалов совместной работы тиристоров выпрямительного и инверторного комплектов, и с углами управления, не выходящими за точки естественного включения,,а закон модуляции импульсов управления близок к синусоидальному.Такое управление позволяет улучшить качЕство формы выходного напряжения на нагрузке за счет обеспечения плавного перехода тока с комплекта на комплект без появлениязоны прерывистого тока, а также засчет согласованного управления наинтервалах совместной работы комплектов, обеспечиваемого выбором соотношения эталонного сигнала Оц и эталонного напряжения П,Одновременно с улучшением формывыходного напряжения в номинальномрежиме обеспечивается повышение нагрузочной способности преобразователя частоты. При выбранном соотношении начального (Пн) и конечного (СА)уровней опорных сигналов и амплитуды управляющего сигнала, обеспечивающем формирование импульсов управления с синусоидальным законом модуляции при глубине, близкой к единице,интервалы одновременного формирования импульсов управления и одновременной работы тиристоров выпрямительного и инверторного комплектов занимают относительно небольшую частьпериода управляющего сигнала. Этопозволяет уменьшить уравнительныйток и за счет этого снизить нагрузкутиристоров по току при том же токе,Ффнагрузки либо увеличить ток нагрузки при сохранении величины тока тиристоров, т.е. повысить нагрузочную способность преобразователя.При уменьшении нагрузки 12 выходное напряжение стремится увеличитьсявследствие уменьшения падения напряжения на сопротивлениях силовых цепей, что приводит к повышению амплитуды сигнала на выходе блока 13,вычитающегося из сигнала генерато-.ра 1. В результате уменьшается амплитуда сигнала на выходе сумматора2 и на выходе усилителя-ограничителя 3. При этом увеличивается эонаодновременного формирования импульсов управления тиристорами выпрямительного и инверторного комплектов,а значит увеличивается зона совместного согласованного управления, и врежиме холостого хода нагрузки 12амплитуда сигнала управления можетстать менее эталонного напряженияЬ, что соответствует переходу наполное согласованное совместное управление комплектами преобразователя, что также улучшает форму формируемого выходного напряжения,5С ростом нагрузки выходное напряжение уменьшается за счет повышенияпадения напряжения на сопротивлениях силовых цепей и амплитуда сигнала на выходе сумматора 2 увеличивается, становясь более предельногоуровня управляющего напряжения иэталонного напряжения. При этом блокб формирует импульсы управления в 15 моменты времени, опережающие точкиестественного включения, соответствующие нормальным режимам работы,что повышает напряжение на нагрузке12 в режиме перегрузки и увеличивает 2 О нагрузочную способность преобразователя, При значительном повышениинагрузки 12, сопровождающемся значительным снижением выходного напряжения фильтра 11, амплитуда сигнала 25 разности задающего напряжения нвыходного напряжения блока 13 существенно возрастает и становится болееуровня опорных сигналов, соответствующего моментам естественного 30 включения, и более эталонного сигнала начального уровня Би, При этом засчет действия усилителя-ограничителя 3 управляющий сигнал становитсятрапецеидальным с амплитудой, равной З 5 Пог, величина которого превышаетуровень опорных сигналов, соответствующий моментам естественного зажигания, и амплитуду опорных сигналов(БА ). Это позволяет значительно уве О личить действующее значение тока нагрузки преобразователяза счет перехода на прямоугольный закон модуляцииимпульсов управления, формируемыхблоком 6 в моменты пересечения 45 опорных сигналов пилообразной формы,и управляющего сигнала прямоугольнойформы с выхода усилителя - ограничителя 3, за счет почти полного исключения интервала одновременного фор О мирования импульсов управления выпрямительного и инверторного комплектов, а значит и уравнительноготока, что обеспечивается при превышении амплитуды управляющего сигна ла над эталонным напряжением, и засчет дополнительного уменьшения углов управления тиристорами, которыевключаются ранее точек естественноговключения, соответствующих нормаль1.1 146426912ным режимам работы. Исключение урав- ную способность преобразователя часнительного тока повьппает нагрузочтоты. Составитель В, Миронов1 . Тупица Техред Л. Олийнык Корректор Т. Кол Редакт ри ГКПТ ССС В изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 каз 2759ЙПИ Государ Тираж 646 Подписно венного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раущская наб д. 4/5