Непосредственный преобразователь частоты с широтно импульсным регулированием выходного напряжения

(51)М, Кл. Н 02 М 5/27 Н 02 Р 13/16 3 Ьеударетекивй каетет СССР ие делаи изобретении и открытий(71) Заявител титут электродинамики АН Украинской СС ЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЬС ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ явля , форм Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь.эовано при построении непосредственных преобразователей частоты, предназначен,ных, например, для частотного управления электроприводом или для автономных систем электроснабжения.Известны непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) с широтно импульсным регулированием (ШИР) выход 1 О ного напряжения, построенные на,ключах с двухсторонней проводимостью с применением способа циклической работы ключей. Ключи поочередно подключают нагрузку к многофазному источнику питания15 на определенный, заданный интервалвремени. Для осуществления ШИР выход-, ного напряжения между переключениями ключей формируют паузу, на время которой нагрузка закорачивается парой тех же ключей Г 11 и С 23 .зоНедостатком известных НПЧ с ШИР ется то, что длительность паузы ируют только в зависимости от тре.; буемой величины среднего или действую щего значения выходного напряжения. Между тем, как мгновенное значение выходного напряжения определяется мгновенным значением напряжения питания, НПЧ, то мгновенное значение тока в ключах при переменном характере нагрузки может достигать опасной для них величины. В транзисторных ключах пре- вышение номинального тока вообще не допустимо, в тиристорных ключах с искусственной коммутацией это может йривести к срыву коммутации, если не предусмотрен значительный запас по величине коммутирующей емкости. Отмеченный недостаток существенно снижает надежность НПЧ с ШИР выходного напряженияя.Наиболее близким к изобретению техническим решением является преобразователь частоты, реализующий циклический алгоритм работы ключей 33 . Такой НПЧ выполнен в виде трех мосто вых схем на ключах переменного тока,920992 Эпредставляющих собой транзистор илитиристор в диагонали постоянного тока,диодного моста, Управление ключамипроизводится от системы управления(СУ). СУ состоит из задающего гене. ратора (ЗГ) пилоообразного напряжения,выход которого соединен с одним извходов компаратора, на лругой вход которого подается напряжение уставки спотенциометра,. Выход компаратора пос Отупает на две кольцевые перерасчетныесхемы, формирующие импульсы управлениялля ключей НПЧ, Дополнительные логические элементы служат для формирования определенной последовательности 1импульсов и суммирования основныХ импульсов на интервалах подключения на-.грузки к сети с импульсами на времяпаузы. Изменением величины уставкинапряжения регулируется среднее значение выходного напряжения. При переменном характере нагрузки возможно увеличение тока в НПЧ до недопустимых дляключей значений, так какв схеме не на-.ложено ограничение по мгновенному значению тока на величину паузы.Цель изобретения - повышение надежности НПЧ за счет ограничения мгко,венного значения тока нагрузки,39Поставленная цель достигается за счеттого, что в преобразователе., содержащем силовую схему на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе помостовой или нулевой схемам, датчикитока в каждой вхолной или выходной фазе,выходы которых через выпрямитель под-.соединены к одному из входов первогокомпаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, сис Отему управления, состоящую из задающего генератора пилообразного напряжения,выход которого соединен с одним из входов второго компаратора, другой входкоторого соединен с источником напряже 4ния фуставки, а выход - со входом распределителя импульсов, выходы которогоподсоединены ко входам указанных управляемых ключей; между выходом второгокомпаратора и входом распределителя им- опульсов дополнительно включены последовательно соединенные логический элемент2 ИЛИ и 1 риггер, причем второй входэлемента 2 ИЛИ подсоединен к выходупервого компаратора, его выход - ко вхо ду установки нуля триггера, единичныйустановочный вход которого соединен свыходом задающего генератора,4На фиг, 1 приведена принципиальная схема НПЧ; на фиг, 2 - эпюры импульсов управления (индексы при сигналах соответствуют номерам выходов и входов блоков); на фиг. 3 - эпюра выходного напряжения преобразователя; на фиг. 4 - диаграммы, поясняющие работу первого компаратора.НПЧ включает в себя силовую схему 1, состоящую из трех мостовых схем 2, 3 и 4, собранных на ключах 522 с двусторонней проводимостью, трехфазный датчик тока 23, расположенный на входе НПЧ и выходом подсоединеннью ко входу 24 первого компаратора 25, на второй вход 26 которого подается напряжение от источника 27 уставки тока, и СУ 28, состоящую из ЗГ пилообразного напряжения, второго компаратора 30, один вход 31 которого соединен с выходом ЗГ 29, а второй вход 32 - сФ источником 33 уставки напряжения логического элемента 2 ИЛИ 34, один вход 35 которой соединен с выходом комнаратора 30, а второй вход 36 - с выходом компаратора 25, триггера 37, вход 38 установки нуля которого соединен с выходом схемы 2 ИЛИ 34, а вход 39 установки единицы с выходом ЗГ, и распределителя импульсов 40, вход 41 которого соединен с выходом триггера, 1 а выходы - с ключами 5-22 силовой схемы 1 НПЧ. Рассмотрим работу преобразователя.Задающий генератор 9 формирует напряжение пилообразной формы с частотой 6.,где ф- частота переключения ключей, Во втором компараторе 30 происходит сравнение этого напряжения, подаваемого на вход 31 с выхопа ЗГ, с регулируемым уровнем напряжения уставки от источника 33, подаваемого на вход 32 указанного компаратора, в результате на его выходе формируются импульсы, которые поступают на вход 35 схемы 2 ИЛИ 34, Если токи на выходе трехфазного датчика тока 23 не превышают тока уставки от источника 27, то на выходе 36 первого компаратора 25 импульсы отсутствуют, и последовательность импульсов на входе 35 полностью повторяется на выходе 38 схемы 2 ИЛИ, Триггер 37 с раздельными входами управляется импульсами по единичномувходу 39 и импульсами по нулевому входу 38 и служит для формирования управляющих импульсов 41, подаваемых на блок распределителя импуль59209сов 40, На фиг. 2 обозначено: С - интервал времени, когда нагрузка подключена к сети, - когда она закороченв.Средняя величина выходного напряженияНПЧ пропорциональна соотношению ь/, згде =1/6,Распределитель 40 формирует последовательность импульсов управления 42ключами 5-22 силовой схемы 1 НПЧ.Заштрихованные участки управляющих 10импульсов указывают на паузу в выход.ном напряжении. Уэкиеф импульсы длительностью Ънеобходимы для организации "закоротки" нагрузки на время пау,зы. Пунктиром (фиг. 2) показаны для 5случая малоиндуктивной нагрузки экспоненты нарастания и спадания токов включах.Если ток на выходе 24 датчика тока23 достигает значения тока уставки навыходе 26; например, в момент времени 1, или (фиг. 3), то на выходе 36компаратора 25 появляются импульсы,которые добавляются к последовательности импульсов 38 на выходе схемы 2 ИЛИ,ц34, Они приводят к срабатыванию триггера 37 в соответствующие моментывремени. Благодаря этому прекращаетсянарастание тока в ключе и закорачивает 1ся" нагрузка - ток нагрузки сйадает.Поясним процесс формирования блоком25 последовательности импульсов 6 У,На выходе выпрямителя датчика тока 23формируется последовательность импульсов тока (фиг, 4, изображена упрощениЭ 5.но). Нулевые "полки соответствуют моментам времени, когда нагрузка закорочена и оторвана от сети, Частота этихимпульсов жестко связана с алгоритмомработы ЗГ 29 и равна 6 Фк. Моментывремени , 1, совпадают сначаломи концом "пилы" ЗГ, Если амплитудаимпульсов тока превосходит уровень очсечки О то на выходе компаратора 25(по схеме это триггер Шмитта) будет45также последовательность импульсов счастотой 6 . Для наглядности (фиг. 2)проиллюстрирован случа 4, когда ток нагрузки на каком-то отрезке временИ непрерывно превосходитток уставки, Если50же такое превышение происходит эпизодически, то импульсы на выходе блока25 имеют меньшую частоту следования,но их появления жестко синхронизированос работой задающего генератора.Таким образом, с помощью общей длявсех ключей допопнительной схемы, ко-торая отсутствует в известных НПЧ, производится ограничение тока нв заданном уровне, т.е. нв паузу в выходном напряжении накладывается дополнительное ограничение по мгновенному значению тока в ключе, За с чет этого достигается вовышение надежности НПЧ причем не происходит нарушейий в алгоритме работы ключей,форма выходного напряжения цпреобразователя при ШИР показана на фиг. 3.Формула изобре тенияНепосредственный преобразователь частоты с широтно-импульсным регулироьнием выходного напряжения, содержащий силовую схему на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, выполненную в каждой выходной фазе по ф мостовой или нулевой схемам, датчики тока в каждой входной или выходной фазе, выходы которых через выпрямитель подсоединены к одному из входов первого компаратора, другой вход которого подсоединен к источнику тока уставки, сиотему управления, состоящую из задающего генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним иэ входов второго компаратора, другой вход которого соединен с источником напряжения уставки, а выход - со входом распределителя импульсов выходы которого подсоединены ко входам указанных управляемых ключей, о т л и.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью:повышения надежности, за счет ограничения мгновенного значения тока нагрузки между выходом второго компаратора и входом распределителя импульсов включены последовательно соединенные логический элемент 2 ИЛИ и триггер, причем второй вход элемента 2 ИЛИ подсоединен к выходу компарвтора, его выход - ко входу ус твновки нуля триггера, а вход установки единицы последнего соединен с выходом задающего генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Карташов Р, П., Кулиш А. К.,Чехет Э, М. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев, Техника, 1979, с, 150.2. Авторское свидетельство СССР. Заказ 2372/69 Тираис 719 Подпасное ВНИИПИ Государстеенного комната СССР ио делам юобретенйй.и открытий. 113035, Москва, Ж 38, Раушскав набд, 4/5 Филиал ППП фПатеитф, г. Ужгоро