Способ управления непосредственным преобразователем частоты

(53)5 Н 02 М 5 АНИ НЕПОСРЕДСТМ ЧАСТОТЫ ится к преобраможет быть исния преобразогулируемом при - подавление временные диаграммыетричной системыния ключами преобраг. 4 нес упрак преобраэоия; нарехйазн быть исполь-бразовате- . вано для управления льс-управляемыхго тока и ателя Сущи дующем подавлени выходного низпряжения .На йиг. 1 пред ная схема устройс способа управления циональная схема д нения уровня второ спектре выходного зователя; на фиг. граммы работы датч Функциональеализации2 - Функнака отклой частоты в ле ва дл наатчикай боков напряже 3 - вре ика зна ия преобра. енные диа- а отклонеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСИОМУ Сви(71) Киевский институт инженеровгражданской авиации им. 60-летия СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 326694, кл. Н 02 М 5/27, 1970.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ (57) Изобретение отно зовательной технике и пользовано для управл вателями в частотно-р воде. Цель изобретени Изобретение относитсяательной технике и можелями для питания частотн электроприводов перемени спецпотребителей. Цель изобретения -кочастотной модуляциинизкочастотнои модуляции выходногонапряжения путем снижения уровня второй боковой частоты в спектре выходного напряжения, вызываемой несимметрией в схеме преобразователя исистеме управляющих импульсов. Преобразователь, для управления которымпредназначен способ, построен по трехФазно-одноаэной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемыхключах с двусторонней проводимостью.Способ заключается в поочередном сдвиге управляющих импульсов двух из трехАаз. При этом каждый, сдвиг выполняютдо достижения минимального значениясоставляющей второй боковой частотыв,спектре выходного напряжения преобразователя. 4 ил,ть способа заключается в сле В преобразователе частоты с непосредственной связью, построенном по трехФаэно-одноАазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ф ключах с двусторонней проводимостью, выходное напряжение формируется и фазностной частоте Я -и, где Й и .ив , соответственно частоты управляющих импульсов и сети. При появлении не- симметрии в трехФазной системе сетевых напряжений, в схеме преобразова 1599954теля или в системе сетевых напряже-.ний, в схеме преобразователя или всистеме управляющих импульсов в выходном напряжении появляется состав 5ляющая второй боковой частотыЯ+ со:выходного напряжения. Введением допол нительной несимметрии в систему уп;равляющих импульсов эту составляющуюмодно подавить. Такой способ являетсянаиболее эААективным. т.к, частотыЯ-ии Й+ ыразличаются незначительнои применением резонансных фильтровэту задачу рещить не удается. Однаковведение несимметрии в систему импульсов управления из условия полногоподавления второй боковой частотыпредполагает различные Фазовые сдвигив двух или трех Фаз управляющих импульсов относительно первой. Так какв общем случае несимметрии в питающейсети и в схеме преобразователя величи 25ны этих Аазовых сдвигов неизвестны,то подавлепие второй боковой частотыв выходном напряжении преобразователя осуществляется путем поочередногосдвига управляющих импульсов двух изтрех фаз управления. При этом каждыйсдвиг необходимо выполнять до достижения минимального значения этой составляющей в выходном спектре,Осуществление способа поясняетсяс помощью устройства, приведенногона Аиг. 1.Непосредственный преобразователь 1частоты питается от трехфазной сетиА,В,С с нулевым проводом и построен, 40например, по трехфазно"однофазной" нулевой схеме на полностью управляемых ключах 2,3,4 с двусторонней проводимостью. Параллельно нагрузке 5подключен резонансный Фильтр 6, настроенный на частоту Йнд, выход которого подключен к входу датчика 7 знака производной огибающей. Выход датчика 7 подключен к одному из входов элемента И 8, к другому входу которогоподключен выход генератора 9 импульсов сдвига. Выход элемента 8 соединен со счетным входом счетчика 10.Разрядные выходы счетчика 10 подключены к входам дешифратора 11. Выходы 1215 дешиАратора 11 подключены к первымвходам элементов 16 - 19, к вторым .входам которых подключен выход генератора 9. Выход элементов 16, 18 подключен к суммирующим входам элемен-. тов 17,19 ". к вычитающим входам 20, 21, 22 и 23 реверсивных счетчиков 24 и 25, Разрядные выходы счетчиков 24, 25 подключены к первым входам элементов 26,27 сравнения кодов, к другим входам которых подключены разрядные выходы двоичных счетчиков 28, 29.Счетные входы 30, 31 этих счетчиков соединены с выходами элементов 32,33, с первыми входами которых соединены единичные выходы 34,35 триггеров 36, 37, а с вторыми - выходы высокочастотного генератора 38. Выходы элементов 26,27 подключены к входам 39,40 установки нуля счетчиков 28,29 и на Е"выходы 41, 42 триггеров 36,37 соответственно. Б-входы 43,44 этих триггеров подключены к двум из трех выходов 45,46,47 распределителя 48 импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора 49. Нулевые выходы 50,51 триггеров 36,37 подсоединены к первым и вторым входам 52 и 53 Фазового сдвига блока 54 элементов "Запрет" и блока 55 элементов ИПИ, трехАазный вход блока 54 подключен к выходам 45,46,47 распределителя 48, а выходы 56,57,58 блока 54 - к трех" Фазному входу блока 55, Аазные выходы К 2, КЗ, К 4 которого использованы для управления ключами 2,3,4 преобра-. зователя 1На Фиг. 2 приведена функциональная схема датчика 7 знака производной огибающей, подключенного между выходом резонансного фильтра 6 и одним из входов элемента 8. Датчик 7 представ-. ляе собой последовательное соединение преобразователя 59 уровня второй боковой частоты в постоянное напряжение, дифйеренцчрующего усилителя 60 и нуль-органа 61.Принцип работы схемы (Аиг. 1) заключается в следующем.Пусть в результате наличия несимметрии в трехфазной системе питающих напряжений А,В,С в схеме преобразователя или системе управляющих импульсов появляется составляющая второи боковой частоты й+ а)в спектре выходного напряжения на нагрузке 5 преобразователя 1, собранного на полностью управляемых ключах 2 - 4 с двусторонней проводимостью. Пусть также уровень этой составляющей возрастает. Резонансный Фильтр 6 выделяет гармонику этой составляющей на частоте Й+ь.54 6вать. Триггер 37 остается в прежнем нулевом состоянии, и на его нулевом выходе 51 действует единичный уровень, который поступает на входы 53 блоков 54 и 55.В момент Е с выхода 46 распреде лителя 48 на единичный вход 43 триггера 36 поступает опрокидывающий по" тенциал и устанавливает триггер 36 в единичное состояние . На нулевом выходе 50 появляется нулевой, на единичном 34 - единичный потенциалы. Ну.левой потенциал подается на входы 52 блоков 54,55, единичный потенциал открывает элемент 32, через который импульсы от генератора 38 начинают поступать на вход 30 счетчика 28. Счетчик 28 набирает код. Когда код в счетчике 28 сравняется с кодом в счетчике 24, элемент 26 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 39 счетчика 28 и обнуляет его, а также по входу 41 триггера 36 устанавливает ега в "0". На выходе 34 триггера, 36 появляется запрещающий нулевой потенциал, который запирает элемент 32, и импульсы от генератора 38 прекращают поступать на вход 30 счетчика 28. В счетчике 28 остается нулевой код. На выходе 50 триггера 36, т,е. на входах 52 блоков 54,55, появляется единичный уровень (моментна фиг. 4).Так как при записанном всчетчике 10 коде "1", задающем первый режим управления, в реверсивный счетчик 24 добавлена "1", то совпадение кодов в счетчиках 24 и 28 происходит позже по сравнению с предыдущим состоянием, т.е. длительность интервала С,-йвозрастает.В момент(фиг. 4) с выхода 47 распределителя 48 на вход 44 триггера 37 наступает опрокидывающий потенциал и устанавливает триггер 37 в единичное состояние. На выходе 51 появля. ется нулевой, на выходе 35 - единичный потенциал. Нулевой потенциал подается на входы 53 блоков 54, 55, единичный потенциал открывает элемент 33, через который импульсы от генератора 38.начинают поступать на вход 31 счетчика 29. Счетчик 29 набирает код, Когда код в счетчике 29 сравняется с кодом в счетчике 25, элемент 27 выдает импульс равенства кодов, который поступает на вход 40 счетчика 29 и обнуляет его, а также 50 5 15999 Датчик 7 Формирует на выходе единичный потенциал, который разрешает прохождение через элемент 8 импульса с выхода генератора 9 на счетный вход двоичного счетчика 10, Пусть в исход 5 ном состоянии счетчик 10 был обнулен. Тогда этим импульсом в счетчике 10 запишется код "1", который задает первый из заданных режимов, появляется на разрядных выходах счетчика и подается на вход дешифратора 11. При этом единичный уровень появится на выходе 12 дешифратара 11 и разрешит прохождение через элемент 16 импуль-. са с выхода генератора 9 на суммирующий вход 20 реверсивного счетчика 24. В счетчике 24 к полученному от предыдущего цикла работы коду также добавится единица. Пусть триггер 36 в 20 предыдущем цикле работы установился в нулевое состояние, т.е. на его единичном выходе 34 действует запрещающий нулевой потенциалТогда импульсы от высокочастотного генератора 38 не 25 будут проходить через элемент 32 на счетный вход 30 двоичного счетчика 28. В счетчике 28 будет записан кад ".0" и, так как коды в реверсивном счетчике 24 и двоичном счетчике 28 не рав ны, то на выходе элемента 26 импульсы будут отсутствовать. Триггер 36 остается в прежнем нулевом состоянии и на его нулевом выходе 50 действует единичный уровень, который поступает на входы 52 блоков 54 и 55 (интервал35 0-й йа фиг. 4).Ранее было указано, что на выходе 12 дешифратора 11 появился единичный потенциал. При этом на выходах 13- 40 15 дешифратора действуют нулевые потенциалы, которые запирают элементы17 - 19 и не пропускают импульсы ге" ,нератора 9 на входы 21,22,28 счетчи.,ков 24,25. Пусть в реверсивном счет чике 25 находится какай-то код определяемый предыдущим циклом работы схемы. Пусть также триггер 37 в предыдущем цикле работы установился в нулевое состояние, т.е, на его единичном выходе 35 действует запрещающий нулевой потенциал. Тогда импульсы от генератора 38 не будут проходить через элемент 33 на счетный вход 31 двоичного счетчика 29. В счетчике 29 будет записан код "0", и так как коды в реверсивном счетчике 25 и двоичном счетчике 29 не равны, то на выходе элемента 27 импульсы будут отсутство 1599954 8по входу 42 триггера 37 устанавливаетего в нуль. На выходе 35 триггера 37появляется запрещающий нулевой потенциал, который запирает элемент 33, и5импульсы от генератора 38 прекращаютпоступать на вход 31 счетчика 29,В счетчике 29 остается нулевой код,На выходе 51 триггера 37, т.е. навходах 53 блоков 54, 55, появляетсяединичный уровень (момент Снафиг. 4).Так как при записанном в счетчи"ке 10 коде 1, задающем первый режимуправления, в реверсивном счетчике 25 15код не изменился, то совпадение кодовв счетчиках 25 и 29 происходит спустятот же, что и на предыдущем периодеуправления, интервал времени С-С,т.е, длительность интервала с -с ос" 20тается прежней.Нулевые импульсы на интервалепо входу 52 вычитаются в блоке 54 изимпульсов на выходе 46 распределителя 48, а импульсы на интервале С -С -25из импульсов на выходе 47 распределителя 48 (диаграммы 56 - 58, Фиг. 4),В блоке 55 импульсы на интервалеположительной полярности суммируютсяс импульсами на выходе 45, а импульсы на интервале с -с - с импульсами3на выходе 46 распределителя 48, В результате на выходах К 2-К 4 блока 55(диаграммы К 2-К 4, фиг, 4) образуетсянесимметричная система импульсов управления, в которой длительность импульсов управления для первой по очередности работы Фазы (ключ 2) увеличилась, а для второй (ключ 3) - уменьшилась по сравнению.с предыдущм пери 40,одом управления,Пусть в результате введенной несимметрии уровень второй боковой частоты на выходы преобразователя понизился. Тогда датчик 7 Формирует нулевой потенциал и элемент 8 не пропускает на вход счетчика 10 импульсы от генератора 9, В счетчика 10 остаетсяпрежний код " 1", и на новом периодеуправления в счетчик 24 добавится ещеодна "1", В результате интервал С,.-Свновь возрастает, Интервал С -С остается прежним,Такое увеличение длительности им. пульсов для ключа 2 и уменьшение длительности импульсов для ключа 3 будетпроисходить до тех пор, пока уровеньвторой боковой частоты в спектре вы-,ходного напряжения преобразователя бу-,дет уменьшаться. Пусть в результате работы по первому режиму на следующем периоде управления уровень второй боковой частоты на выходе преобразователя возрос, Тогда датчик 7 Формирует вновь единичный потенциал и элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 один импульс. В счетчике. записывается код "2", задающий второй режим управления. В результате единичный уровень появится на выходе 13 дешифратора 11 и че-. рез элемент 17 пройдет импульс от генератора 9, но уже на вычитающий вход 21 реверсивного счетчика 24. В счетчике будет вычтена "1". Триг-. гер 36, находящийся в нулевом состоянии, в момент времени с опрокицется в " 1" потенциалом с выхода 46 распределителя 48. Единичный потенциал с выхода 34 открывает элемент 32, и счетчик 28 по входу 30 от импульсов, генератора 38 будет набирать код. Так как в реверсивном счетчике 24 код стал на "1" меньше, то равенство кодов в счетчиках 28 и 24 наступит раньше момента с и, следовательно, интервал с ;с(фиг. 4) уменьшится, т.е, в импульсы управления К 2-К 4 по входу 52 будет введена меньшая не- симметрия, чем в предыдущем цикле. Что касается несимметрии по входу 53, то она останется прежней, так как код в реверсивном счетчике 25 не изменился и равенство кодов в счетчиках 29 и 25 наступит в тот же момент времени с.Пусть в результате введенной не- симметрии уровень второй боковой частот 1 на выходе преобразователя понизился, Тогда датчик 7 Формирует нулевой потенциал и элемент 8 не пропускает на вход счетчика 10 импульсы от генератора,9, В счетчике 10 остается прежний код "2", и на новом периоде управления из счетчика 24 вычтется еще одна "1", В результате интервал С 1-Сснова уменьшится. Интервал С -С останется прежним.Такое уменьшение длительности импульсов для ключа 2 и увеличение длительности импульсов для ключа 3 будет происходить до тех пор, пока уровень. второй боковой частоты в спектре выходного напряжения преобразователя будет уменьшаться. Пусть н результате работы по второму режиму на следующем периоде управления уровень второй частоты на выходе преобраэова 159995теля возрос. Тогда датчик 7 вновьформирует единичный потенциал и элемент 8 пропускает на вход счетчика 10еще один импульс. В счетчике записывается код 3, задающий третий ре 5жим управления. В результате единичный уровень появится на выходе 14 дешифратора 11 и теперь откроется элемент 18, пропуская на суммирующий 10вход 22 реверсивного счетчика 25 импульс от генератора 9. Код в счетчике 25 увеличится на "1". Триггер 37,как было указано, находится в нулевом состоянии и запрещающий нулевойпотенциал на его выходе 35 не пропускает импульсы от генератора 38 навход 31 счетчика 29. В моменттриггер 37 опрокидывается и на счетчик 29 начинают поступать импульсы. 20Счетчик набирает код. Так как в счетчике 25 теперь код на "1" больше,то совпадение кодов в счетчиках 29и 25 произойдет позже и, следовательно, большая несимметрия в систему 25управляющих импульсов К 2-К 4 будетвведена по входу 53. При этом несимметрия по входу 52 останется неизменной.Пусть в результате последнего Фазо вого сдвига уровень второй боковойчастоты на. выходе преобразователяуменьшится. Тогда датчик 7 знака отклонения нулевым уровнем на своемвыходе запирает элемент 8. В счетчике 10 остается прежний код "3", попрежнему на выходе 14 дешифратора будет действовать единичный уровень,будет открытым элемент 18 и по суммирующему входу 22 в счетчик 25 добавится еще одна "1". В результате,как было рассмотрено ранее, интервалз-(фиг. 4) снова возрастает,МТак будет продолжаться до тех пор, 45 пока дальнейшее увеличение несимметрии по входам 53 блоков 54,55 не вызовет возрастания уровня второй боковой частоты на выходе преобразователя. Тогда датчик 7 формирует единичный 50 потенциал, элемент 8 пропускает на вход счетчика 10 импульс и счетчик переходит в нулевое состояние, задающее четвертый режим управления.В результате единичный потенциал по-.явится на выходе 15 дешифратора 11, откроется элемент 19 и по вычитающему входу 23 импульсом генератора 9 из кода в счетчике 25 вычтется "1". 4 .0Следовательно, новое совпадение кодовв счетчиках 29 и 25 произойдет раньше,интервал С - Т. уменьшится. Если приэтом уровень второй боковой частотыуменьшится, то по изложенному алгоритму из кода в счетчике 25 вычтетсяеще одна единица, что приведет к дальнейшему уменьшению интервала3 4Так будет продолжаться до тех пор,пока уровень второй боковой частотывновь не возрастет.Далее по рассмотренному порядкуработы схема перейдет вновь в первыйрежим управления и т.д,Таким образом, добиваясь минимумауровня второй боковой частоты на выходе преобразователя путем поочередного уменьшения или увеличения дли-:тельности интервала С,-С по входу52 или интервала е -е по входу 53,удается практически подавить низкочастотную модуляцию выходного напряжения преобразователя.Функциональная схема датчика знакапроизводной может быть построена,например, по Фиг. 2. Здесь уровеньсигнала переменного тока частоты5 Ь ына выходе резонансного Фильтра 6преобразуется в пропорциональное постоянное напряжение в преобразовате.ле 59. На фиг. 3 диаграмма 59 показывает напряжение на выходе преобразователя 59, когда огибающая сигналавторой боковой частоты на выходефильтра 6 имеет, например, синусоидальную Форму. Дифференцирующий усилитель 60 Формирует сигнал, пропорциональный первой производной сигнала 59, а нуль-орган 61 - прямоугольный сигнал, единичный уровень которого соответствует возрастанию уровнявторой боковой частоты, а нулеьой -его спаду.Использование способа управлениянепосредственным преобразователемчастоты позволяет подавить низкочастотную модуляцию выходного напряжения.Формула изобретенияСпособ управления непосредственным преобразователем частоты, выполненным на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, заключающийся в томчто Формируют трехфазную несимметричную систему прямоугольных импульсов управления11 15999 заданной длительности, висло которых равно числу Фаз, начало импульса управления ключом в последующей фазесовпадает с концом импульса управления ключом в предыдущей Фазе, очередность Фаз определяется Фазовым сдвигом между ними, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью подавления низкочастотной модуляции выходного напряжения, задают четыре режима управления ключами преобразователя, выделяют вторую боковую частоту в спектре выходного напряжения и ее огибающую, на каждом периоде управле ния определяют знак производной огибающей и при положительном знаке производной устанавливают первый из заданных режимов управления, при котором увеличивают длительность импуль сов управления для первой и уменьшают для второй по очередности работы Фаз, и если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают рабо ту в этом режиме, если знак производной остается положительным, то пере 1,ходят к второму режиму, при обзором 54 1 гуменьшают длительность импульсов управления для первой и увеличивают длявторой по очередности работы. Фазы,если в следующем периоде управленияпоявляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этомрежиме, если знак производной остается положительным, то переходят ктретьему режиму, при котором увеличивают длительность импульсов управления для второй и уменьшают длятретьей Фазы, и если в следующем периоде управления появляется отрицательный знак производной, то продолжают работу в этом режиме, если знакпроизводной остается положительным,то переходят к четвертому режиму, прикотором уменьшают длительность импульсов управления для второй и увели"чивают для третьей по очередности работы Фазы, если в следующем периодеуправления появляется отрицательныйзнак производной, то продолжают работу в этом режиме, а если знак произ-,водной остается положительным, топовторяют указанный цикл работы, начиная с первого режима,иг.2 7 оставитель В.Мироновехред М,Ходаннч Корректор Н,Ревская тор ин Тираж 496 Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССМосква, Ж., Раушская наб., д. 4/5Ф Производственноател Заказ 3149ВНИИПИ Государственного113035,комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101