Способ управления трехфазным вентильным преобразователем для электропривода

СООЗ СОВЕТС ОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 07(56) АвторскоМ 1249675, кАвторско1 Ф 1492434, к ещук 727(088.8) е свидеть л. Н 02 М е свидет л. Н 02 М ьство ССС 7/48, 1986. ьство ССС 7/48, 1989. Иэобре ке и может ния регул питающим го электрог Целью зация регу образоват амплитудытрехфдзн полненно ключей; иллюстр равления структур н лизующе времен н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Бюл. М 39ергетической кибернетики АН(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении регулируемыми преобразователями, питающими системы асинхронного электропривода. Целью изобретения является линеаризация регулировочной характеристики преобразователя при изменениях питающего напряжения. Связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя на базе АИН осуществляется непрерывным плавным изменением длительностей пауз между импульсами управления и самих сигналов тение относится к электротехнибыть использовано для управлеируемыми преобразователями и системы частотно-регулируеморивода.изобретения является линеариировочной характеристики прееля при изменяемой величине питающего напряжения., Я 1686 Ы 5 управления на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, расположенных в серединах зон проводимости и закрытого состояния соответствующих вентилей силовой схемы.На поддиапазонах регулирования, на которых изменяется продолжительность указанных центральных пауз, длительности сигналов управления варьируются в зависимости от текущих значений выходной частоты, от относительной величины питающего напряжения и от количества вырабатываемых импульсов управления, Внутри зон регулирования с формированием управляющих импульсов в центрах тактовых интервалов продолжительность остальных сигналов управления определяется величиной питающего напряжения, В функциональной зависимости с амплитудой питающего напряжения находятся, кроме того, продолжительность тактовых подинтервалов, внутри которых формируются сигналы управления и; соответственно, количество выходных импульсов, формируемых в полуволне выходной кривой, а также значения граничных частот, переходных от Ж одного поддиапазона регулирования к дру- О гому. 4 ил. ( г. 1 изображена упрощенчая схема ого мостового преобразователя, выго на базе полностью управляемых на фиг. 2 - временные диаграммы, рующие предложенный способ уппреобразователем; на фиг, 3 - ая схема системы управления, реа предложенный способ; на фиг. 4 - ая диаграмма ее работы,уменьшению продолжительности т. Соответственно на полупериоде выходной час тоты увеличивается количество сигналовуправления и число импульсов в полуволневыходного напряжения. Так, как показано на фиг, 2 а, при Е.=1,5 Е и при й=б на идервале от 60 до 120 на начальной выходной частоте продолжительность тактовых интервалов в полтора раза меньше, чем в случае Е=Ео, а количество формируемых сигналов управления в полтора раза больша, Подобная закономерность сохраняется и при увеличении выходной частоты преобразователя.Продолжительность тактовых подинтервалов т при рассматриваемом алгоритме управления не зависит от величины выходной частоты преобразователя. Неиэменены и абсолютные значения временныхнтервалов между серединами сигналов упавления. Процесс регулирования выходФорма линейного выходного напряжения преобразователя Одв, а также сигналовуправления Оу (выключающих импульсов,запирающих анодный ключ фазы А преобразователя) на тактовом интервале 60-120 о,изображены на фиг. 2 а, Приведенные кривые соответствуют амплитуде питающегонапряжения, равной Е, Здесь же пунктиромпоказаны кривые управляющего и выходного напряжений 1 при номинальном (минимальном) значении питающего напряженияЕо. При этом принято, что Е=1,5 Ео, а частотный диапазон связанного регулирования. выходного сигнала преобразователя дляслучая Е=Ео равен шести (М=б),управляющие сигналы (импульсывключения и выключения вентилей преобразователя) синтезируются в серединахсоответствуощих тактовых подинтервалов,на которые разбиваются тактовые интервалы 60-градусных продолжительностей,, Формирование управляющих сигналов производят симметрично относительно середин тактовых интервалов, начало первогопо счету тактового подинтервала внутритактового интервала является синхронизированным с началом интервала, а конец последнего подинтервала синхрониэирован сконцом своего тактового интервала, Длительность т тактовых подинтервалов приэтом находится в функциональной зависи-.мости от относительной величины питающего напряжения в соответствии ссоотношением т =Таким образом, увеличение амплитуды питающего напряжения приводит к соответствующему пропорциональному 10 15 20 25 30 35,где- колиб Гой (21 - 1) Ечество формируемых внутри каждой половины тактовых интервалов сигналов управления, включая центральный. ДлительИности Л остальных сигналов управления при этом не зависят от величины выходной частоты преобразователя и находятся иэ соотноше - 1 Еония Л -3 Го М(2 - 1) Е. В тот момент, когда, в процессе увеличения частоты, продолжительность центрального на тактовом интервале сигнала управления уменьшится до нуля (фиг, 2 б), формирование управляющих сигналов начинается в соответствии с вторым режимом управления, при котором длительности Л импульсовуправления изменяют в соответствии с зависимостью1 1 Ео121 Е ГОЙЕЭтот этап продолжается, пока продолжительность центрального выходного импульса не уменьшится до нуля (фиг, 2 в). Поддержание в процессе регулирования преобразователя продолжительностей сигналов управления в соответствии с приведенными соотношениями обеспечивает линейное изменение величины выходного напряжения независимо от амплитуды питающего напряжения, Значения граничных частот, переходных от одного режима регулирования к другому, определяются в общем виде из функциональных зависимостей й 21 - 1 Е 2 ( - 1)(2- 1) Ео + Ео1) Ео - Еоизируемого варианта эакопреобразователем, когдаастоты Г" и Г принимаюследующие значения:1,11 Го;1,46 Го, Г",; =1,2,15 Го, Р =1, о 2 (2 вТак, для анална управленияЕ=1,5 Ео и И=б, чпоследовательнопри 1=5 Г 5=при 1=4 Г 4=при 1=3 Гз= 15 Го 55 Г ной частоты осуществляется при этом двухэтапно, путем последовательного перехода от одного режима к другому. В первом режиме управления в центре тактовых интервалов формируются управляющие импульсы, длительность которых изменяется в соответствии с изменением абсолютной длительности тактового интервала (этому режиму соответствуют кривые, приведенные на фиг. 2 а). Продолжительность каждого центрального импульса управления определяется при этом в соотг 1 ветствии с зависимостью6 Р5 10 15 20 при 1=2 Е 2=3,9 Ео, Е"2=2,5 Ео при 1=1 Е 1=9 Ео, Е" 1=9 Ео.В соответствии с принципом формирования управляющих сигналов при управлении по предложенному способу, на частотах ЕЕ 2 вплоть до номинальной выходной частоты преобразователя Е 1=Е"1 внутри кажлого тактового интервала формируется по два сигнала управления (соответственно по пять выходных импульсов в полуволне линейного выходного напряжения), что приводит к дополнительным потерям на коммутацию в диапазоне повышенных выходных частот преобразователя. Поэтому для любого М с энергетической точки зрения целесообразно, начиная с частоты Н 21 - 1 Е 2 ( - 1 ) ( 2 - 1 ) Ео + Ео ИЕ 3 ЗМЕфорсированный сдвиг управляющих импульсов к центру тактового интервала до 25 частоты Е 1 =Ео ЗМЕ/5 Ео, на который обв импульса управлении сольются в один. После этого, при ЕЕ" полуволна линейного выходного напряжения преобразователя формируется, как показано на фиг. 2 г, их 30 трех импульсов на полупериоде с уменьшением количества коммутаций вентилей на 40 и соответствующим снижением коммутационных потерь, Координаты С 1 середин импульсов управления (импульсов 35о выключения вентилей на интервале 60-90 в диапазоне регулирования частоты от Е 2 до Е 1 изменяются при этом в соответствии с функциональной зависимостью783 117 й Го 40 С 1= ( 7 7 Е ) эл град., их относительное значение не зависит в этом диапазоне от величины питающего преобразователь напряжения и от значения Й и изменяется от С 1=72,9 эл, град. при Е=Еада 45 С 1=84 эл, град. при Е=Е 1.На интервале 240-300 формирование управляющих сигналов осуществляется аналогично. В диапазоне выходных частот Е 1-Е 1 продолжительность синтезируемых в центре такто вых интервалов сигналов управления изменяется в соответствии с зависимостью А= б- . После уменьшения6 Еой Евеличины Адо нуля, наблюдаемом на часто те Е 1, последующее увеличение выходной частоты преобразователя производится при неизменной величине выходного напряже, ния, что соответствует режиму постоянства мощности применительно к асинхронному электроприводу переменного тока,Принцип построения систем управления вертикального типа, реализующих описанный способ управления, рассмотрим на примере устройства, функциональная схема которого изображена на фиг. 3. Генератор 1 тактовых импульсов, частота следования которых определяет и в 12 раз повышает выходную частоту преобразователя, связан с генератором 2 развертывающего пилообразного напряжения и с трехразрядным регистром 3. Датчик 4 амплитуды питающего напряжения присоединен к плюсовому входу сумматора 5, и, через согласующий усилитель 6, к входам сумматора 7 - 11.Количество указанных сумматоров в общем случае равно числу сигналов управления, формируемых внутри каждого тактового интервала на начальной выходной частоте преобразователя при максимальной амплитуде питающего напряженияНа другие входы сумматоров 7-11 поступают сигналы с выходов сумматора 5 и источника 12 опорного напряжения. Выходы сумматоров 7 - 11 подключены к блоку 13 формирования импульсов управления, в котором осуществляется последовательное сопоставление сигналов с выходов сумматоров 7 - 11 с напряжением развертки О 2 генератора 2 и выработка командных сигналов на формирование фронтов выходных импульсов в моменты равенства указанных сигналов. Блок 13 связан также с блоком 14 определения суммарной длительности выходных импульсов и с основным входом логического распределителя 15 управляющих импульсов, На входе блока 14 включен конденсатор 16, выделяющий постоянную составляющую последовательности импульсных сигналов блока 13, напряжение с которого поступает далее на делитель 17, в котором осуществляется делане угочаущв симла наанэлжв,й сика згдна . н идейа:плы Ор, в резуътэаео на аюцээ Ьое 14 формируется напряжена, пропорщоапьное суеарнойнаполуперид длительностивыхсдныхмпульсав,На фиг, 4 приведены временные диаграммы, соответствующие интервалу 60 - 120 полуволны выходной кривой преобразователя и поясняющие принцип действия системы управления. Индексы сигналов на фиг. 4 при этом соответствуют напряжениям на выходах узлов и блоков системы управления с соответствующими цифровыми обозначениями, Величина напряжения нэ выходе датчика 4 уменьшается пропорционально увеличению напряжения Е, при этом при Е=Ео 040=0,2 О 2 в, где Оы - максимальная амплитуда сигнала генератора развертки 2, 1686665наблюдаемая на частоте Го, Коэффициент передачи усилителя 6 при этом в случае нечетного М равен двум, Амплитуда сигнала Ц 12 источььика 12 выбирается из соотношения 012=0 1 о/К. Контур обратной связи устройства, включающий узлы 4, 5, 13 и 14, обеспечивает негьрерывное формирование корректирующего сигнала, поступаьощего на входи сумматоров 7 - 11 и автоматически поддеркиваьощего постоянство суммарной вольтсекундной площади выходных импульсов нз полупериоде нэ всем диапазоне регулирования при флюктуациях величины питьнощего напряжения. Это эквивалентно линейному изменениьо величины среднего нз палупериоде зььачения вььходььаго напряжения, а также первой гармоники выходного напряжения преобразователя в ходе регулирования частоты выходного сигнала,Таким образом, предложеньыи способ уьь ьзвлеььиьь надежно и достатоьььо очно позволяет линеаризовать регулировочную характеристику преобразователя при колебаниях амплитуды питающего напряжения в широких пределах. Изменение уьчен ь вен ив) и родолжительн ости тактовых подинтервзлов, в цеьп рэх которых формируются управляющие сигналы, имеьощее место при увеличении питающего напряжения, способствует уменьшению амплитуды пульсации фазных токов двигателя, гьитающегася от преобразователя, и соответствующему снижениьо пульсаций момента нагрузки. Линеаризация регулировочной характеристики и уменьшение пульсаций момента нагрузки приводит к улучшению энергетических харак геристик структуры "преобразователь - двигатель - нагрузка" и обеспечивает близкое к оптимальному проеизььие процессов В преобразовательнойьц теме,Формула изобретения Способ управления трехфазным вентильным преобразователем для электропрнвода с М-кратным диапазоном связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения, закл ючэ ьощи йся в том, что форм и руют противофазные управляющие сигналы для управления аноднцми и катодными вентилями каждой из фаз с заданной частотой, а для анодной и катодной группы основных вентилей разных фаз управляьощие сигналысдвигают на 60 эпград., для каждого из основных вентилей модулируют управляьощий сигнал на тактовых интервалах от 60 до 120 эл.град. и от 240 до 300 эл, град., и разбивают 5 их на этих интервалах на тактовые подинтервалы, при этом число управляющих импульсов на тактовых интервалах с ростом частоты Е уменьшаьот, а начало первого тактового подинтервала и конец последнего 10 синхронизированы с началом и концом соответствующего тактового интервала, формирование каждого -го от начала и конца тактового интервала сигнала управления осуществляют при изменении выходной ча стотц преобразователя от начальной частоты Го до Е 1, при этом при изменении выходной частоты от Ео до Е"ьЕ" 1 Е 1) внутри каждой половины тактовых интервалов формируют посигналов управления с длитель ностыо Л,при ЕьЕ Е"ь на каждойполовине тактовых интервалов формируют по( - 1) - и сигналов выключения и включениявентилей с длительностью Л, а -й сигнал управления формируют в середине каждого 25 тактового интервала с длительностью Л",о тл ича ющи йся тем,что, сцельюлинеаризации регулировочной характеристики преобразователя, в случае изменения питающего напряжения от номинальной (мини мальной) величины Ео до Е на всемдиапазоне регулирования длительности тактовых подинтервалов топределяют по функциональной зависимостиЕо1686665 оставитель В. Гордеевехред М.Моргентэл Бугренковэ еда кто Корректор М. Демчи Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Ф аказ 3609 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5