Способ дискретного регулирования частоты

(19) (11)4 блИ М 5/27 4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ в Преобраатогония двиатвССР. идетельство СССРН 02 М 5/27, опублик ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСКОЬйГ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРУ 600674, кл. Н 02 М 5/27, опублик.19.04.78.Пога Ю.Э., Рутманис Л.А.эователь частоты для ступенчрегулирования скорости вращегателя вентилятора.-Иэв,АН ЛСер.физ. и техн. наук, 1980, У 1,с.119.Авторское свУ 1100694, кл,30,06.84.Авторское свидетельство СССРВ 1198700, кл, Н 02 М 5/27,26.0.85(54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ(57) Изобретение относится к элек", .тротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемом электро- приводе. Цель изобретения в .улучшение качества выходного напряженияза счет уменьшения величины коэф. гармоник. Способ заключается в под-. ключении на определенный интервал поочередно следующих напряжений экивалентных входных фаз для формирования основного выходного напряже ния и в суммировании основного и дополнительного напряжений, причем в первой половине интервала подключают дополнительное напряжение с опережающим фазовым сдвигом, а во второй половине интервала - с отстающим фазовым сдвигом, и значение амплитуды регулируют с нарастанием. Способ отличается тем, что дополнительное напряжение формируют с углом сдвига, равным + Т( /2, относительно основного напряжения, причем полярность дополнительного напряжения изменяют так, что в первой половине интервала оно опережает на угол М /2 основное напряжение, а во второй половине интервала отстает от него на угол - 1( /2. 4 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в частотно-регулируемом электроприводе с дискретными ступенями изменения частоты 5 выходного напряжения в диапазоне частот, близких к питающе:й и естественной, коммутацией тиристоров.Цель изобретения - улучшение ка 10 чества выходного напряжения за. счет уменьшения величины коэффициента гармоник,На фиг.1 приведены временные диаграммы поясняющие работу преобра 915 зователя; на фиг.2 - график сравнения недокомпенсации напряжения рассогласования согласно предлагаемому и известному способам; на фиг.З - схема предлагаемого преобразователя;20 на фиг.4 - блок-схема системы управления преобразователем.Принятые на фиг,1 обозначения:- О - входные фазные напряже 1 6ния обеих полярностей, т.е. вдпо,2 П ., 2 П 1-в 1 п (о 3 Ц + - )вп(и й - -)вх 3 12 П-вт.п(о)" в )3 поочередно поцклю 30 чаемые на интервал времени Т для формирования основного входного напряжения Б , где Т - = и Т+Я равен целому и числу периодов Твходного напряжения в сумме с продол- З 5 жительностью Ч , соответствующей наименьшему фаэовому сдвигу ч =П/3 между Пвразных фаэ;Б- кривая эталонного (или заданного) напряжения для примера од ной выходной фазы преобразователя при двух периодах подключения каждого основного входного напряжения на выходные выводы основного тиристорного моста с выходной частотой 45 46,15 Гц при входной частоте преобра".зователя 50,0 Гц 1411 - кривая мгновенной разностинапряжений между эталонным напряжением П и поочередно подключаемыми50основными входными напряжениями БП 5 3 П 5 5 дополнительные напря 1 кения, сдвинутые на угол 11/2 относительно подключенного основного входного напряжения У и образуемые 55 от линейного входноро напряжения преобразователя через дополнительный тиристорный мост преобразователя 015.5 П-показаны нерегулируемым значением, равнью значению основных входных напряжений);- момент времени совпадения по Фазе эталонного Б, с подключенным одним Б 1 из основных напряжений Б , или момент времени, соответствующий половине интервала Т г /2 подключения каждого П1: - момент окончания подключения8основного входного напряжения, например У к выводам основного тиристорного моста на интервал Т в случае активной нагрузки преобразователя;1 - момент начала подключения основного входного напряжения в случае активной нагрузки преобразователя;010 - дополнительное напряжение согласно предлагаемому способу, которое отстает по фазе на угол и /2. от эталонного и основного входного напряжений в момент времени совпадения их фаз, т.е. в момент времени й, и которое подключают во второй половине интервала Т,Б 1 - дополнительйое напряжение согласно предлагаемому способу, которое опережает по фазе на угол П /2 момент времении которое подключают в первой половине интервала;дополнительное напряжение согласно известному способу, которое отстает по файе на угол 2 П/3 от момента времени С;ду 5 - дополнительное напряжение согласно известному способу, которое опережает по фазе на угол 2 П/3 мо;мент времениБВ 5,х - рЕЗуЛЬтИруЮщая КрИВая ВЫ- ходного напряжения преобразователя как сумма основного П и дополнивхотельного У входных напряжений с частотой эталонного О напряжения;хВ 5 - КРИВаЯ ВЫХОДНОГО тОКа;й, - момент начала подключения основного входного напряжения в случае двигательной нагрузки преобразователя;- начало формирования отрицательной полуволны тока;116 - начало Формирования выходного тока положительной полярности во второй половине интервала ТБа Фиг.2 приведены: ьБ - кривая изменения значений от 0 до О,б 115 и Фазового сдвигаМ от 0 до П/б разности напряжения за каждую поло1246 3вину Тв /2 интервала подключенияВхкаждого Б, отсчитываемых от моВхо фмента времени совпадения эталонногои подключенного основного входногонапряжений;5611 В,В , 411, - расчетная раз 3 5 пеонаность единичных значений 611 и 11 .Показано изменение для Ь 11 В ийБ .В значений напряжения от 0до 0,25 БВх и от 0,5 до 0,25 118 х 1 Ои фазовых сдвигов от 0 до 11/12 иот Л /6 до Б/12 соответственно дляпредлагаемого и известного способов;418а 1 прот. - соответствующие действительные .значения разности напряжений между д 11 и 0 при условии,что 0 (например, 11,ю, 1по предлагаемому способу и 11 ф 1 фз поизвестному согласно фиг.) повторяет форму дБ, а разности д 0, 20ьБ , . образуются от соответствующего фазового сдвига д 1 и 118, илизначения недокомпенсации д 1 применением соответствующих 11 (для предлагаемого способа - меньшая встречно 25косо заштрихованная область, для известного - большая косо заштрихованная область),В реализующем предлагаемый способ преобразователе входные фаэные 301-3 и нулевой 4 выводы сетевого напряжения присоединены к основномутиристорному мосту 5. Последовательно включенные выходные выводы 6 и 7моста 5, выходные выводы 6 и 8 ре- з 5гулятора 9 напряжения и выходные выводы 7 и 8 фазы нагрузки 10 образуют замкнутую цепь 6, 8, 7, котораясуммирует на нагрузку 10 напряжения,с выходных выводов основного тирис.торного моста 5 и регулятора 9 напряжения, Выводы 1-3 присоединены к дополнительному тиристорному мосту 11,выходные выводы 12 и 13 которого при-соединены к выводам 12 и 13 первичной 45обмотки 4 трансформатора регулятора9 напряжения. Концы 15 и 16 и промежуточные выводы 17 и 18 вторичнойобмотки 19 трансформатора через управляемые ключи переменного тока подают регулируемое переменное напря.жение на выходные выводы 6 и 8 регулятора 9 напряженияТаким образом, преобразовательсуммирует на нагрузку не регулируемое 55по амплитудному значению, а переключенное по фазе входное фазное напряжение от выходных выводов основного 281 4тиристорного моста с входным линейным напряженнем, регулируемым по амплитудному значению, переключаемым . по фазе и подаваемым от дополнительного тиристорного моста через регулятор напряжения в последовательную цепь нагрузки. В трехфазном преобразователе каждая отдельная выходная фаза не отличается от описанной. Для показанного на фиг. примера тиристоры 20-24 (фиг.З) открывают для формирования положительной, а тиристоры 25-29 для формирования отрицательной полуволны выходного тока преобразователя. Тирнсторы 30-32 включают для формирования положительной полуволны тока во второй половине интервала Т работы преобразователя. Улучшение качества выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения величины коэффициента гармоник реализуется с помощью предлагаемого устройства (фиг.З) следующим образом.Как видно из фиг.1 при поочередном подключении к нагрузке на интервал времени Т каждого основного наЕпряження постепенно, например, начиная с момента времени й, , появляется мгновенное значение напряжения рассогласования, равное разности 411 между эталонным напряжением 11 соответствующей частоты 46,15 Гц и подключенным основным входным напряжением 11 Вхд(50,0 Гц). согласно тригонометрии разность А 1 эталонного Ц, и входного напряжения Бравна:д 11 =1 - Б =зпо 3 й - эпи) йВых вх ВХ1ф 2 зп - (о. -д )С сов -(и +Ьых Вх ВЬХ+и 1)е - 2 эпЯ есози 3 дс при амплитуде напряжения АВыражение д 11=2 зп Ясоэо 3 д разности напряжения д 11 показывает, что она является косинусной функцией с угловой частотой иод и поэтому сдвинута на угол П /2 относительно синусной функции 11 Вх , а также относительно 1 в момент времени, например С., совпадения фаз 11, и ЦхАмплитудное значение ь 11 изменяется по синусоидальнои. зависимости 2 вп ЯС. В предлагаемом способе в качестве дополнительного напряжения 11, компенсирующего разность ЬБ применяют напряжения Би Бд сдвинутые на угол + % /2 относитель 1246281ио П. Следовательно, этим достигается полное совпадение по Фазе напряжений 0 и дП в момент времеЧни 1 что означает полную компенса-. цию разности д Б или улучшение качества выходного напряжения преобразователя.По мере отдаления в обе стороны по оси абсцисс от момента времени(как это видно из фиг.1 и 2) значение разности да увеличивается, а также ввиду отличия частотамии д или ь,увеличивается фазовой сдвиг Ь П и Ц (т.е. Б О или П .м относительно дП, фиг.1), обусловливающий разность 60 и дП.пот. недокомпенсации дБ применением 0 (Фиг.2) .При условии регулирования эффективного значения дополнительного напряжения Б в соответствии с значеЯнием дБ (или при повторении формы и значения 0, равных д 0, но с фазовым сдвигом) увеличение их фазового сдвига приводит к различию их мгновенных значений напряжения, т.е. д Б = дЦ - 0. С целью уменьшения величины коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя необходимо уменьшить значение раз" ности дБ, т.е. долю некомпенсированной разности дБ напряженийПвх.очто достигается применением дополнительн напряжений ЦЧ 10 и 0 ц согласно предлагаемому способу имеющих меньший фазовый сдвиг относительно разности напряжений дБ по сравнению с известным способом.За половину интервала Т . подклюЕ чения (например, от , до й моментов времени при активной нагрузке пре образователя) угол сдвига эталонного 0 от входного Б а напряжений достигает значения, равного 1/2 5 /3 = 5/6, Угол сдвига между разностью напряжения 00 и дополнительным напряжением Б(4 Б ,фиг,2) за это время изменяется от нулевого значения до половины указанного значения тг /6,т.е. равен И/12, поскольку частота разности напряжения д 0 имеет промежуточное значение частот входного и эталонного напряжений. Например на фиг.2 разность укаэанных углов сдвига 11/6 и П /12 между кривыми ЬО и ЬО . показана в момент времени Т /2 (что соответствует моменту вреЕмени 1:1 илисогласно фиг.1). При ,компенсации разности да дополнитель 1 ным напряжением Б согласно известному способу в нулевой момент времени 50 10 15 20 25 ЗО 35 4 О(О на фиг.2) угол сдвига Потносительно йБ составляет П/6, а в конце половины интервала Т /2 11/12 (кривая ЛП. на фиг,2 в момент времени Тг/2), что соответствует, например, моменту времени Т на фиг,1.Сравнивая изменения угла сдвига от О до П /12 согласно предлагаемому способу с углами от Й/6 до П/12 изменения Б согласно известным спосо 3бам, можно сказать, что во всей половине интервала Т /2 подключения (наЕпример, от , до С, Фиг,1) угол сдвига между разностью напряжения д 11 и компенсирующим ее напряжением Б меньше в предлагаемом способе и только в один момент времени (г ) одинаВ ков, т.е. равен 11/12. Это относится также к интервалу Т /2 подключения дополнительного напряжения Б от начала (Тз) подключения эквивалентной входной фазы до момента (г. ) совпадения Фаз Б и Б(фиг,1), поскольку зта часть процесса является зеркальным отображением рассмотренного, только повернутьпч на уголПСледовательно, предлагаемый способ во всем диапазоне рабаты обеспечивает лучшее соответствие разности напряжения дП и дополнительного напряжения 11 по фазе и, таким образом, обеспечивает улучшение качества выходного напряжения преобразователя, Отличие дополнительных напряжений Би Б, относительно соответствующим дополнительных напряженийн Б., известного способа заключается в их фазовом сдвиге относительно основного подключенноговходного напряжения (а также д Б) . Как видно из фиг.1, от момента времени , напряжение П.,оотстает на угол %/2 вместо угла -211/3 для П , согласно известному способу, а до момента времени й, напряжениеопережает основное напряжение на угол 1/2 вместо угла 27/3 для Бсогласно известному способу.Суммирование более соответствующих напряжений П, ,и Ос основным входным напряжением позволяет увеличить качество формы кривой 0 ця выходного напряжения по сравнению сизвестным способом. Изображенные на фиг,1 перерывы в кривой выходного напряжения соответствуют моментам безтоковой паузы, которая может быть установлена .желаемой величины.Кривые 611 .5 и ЛП р(фиг2) показывают, какой фазовый сдвиг и значение напряжений имеют место между разностью напряжений дП и П, если их значения равны единице в каждой половине.Т /2 приведенного интервала подключения П , (например, от Т, до .с на фиг.1 и от 0 до Т/2 на фиг.2). Кривая ЛП (фиг.2) показывает изменение значения лП в интервале Т /2. Умножение в каждый момент времени значений ЬП на АП и.д 11на б 11 согласно фиг.2 дает в результате искомые значения ь 11 и л Пр , т.е. долю отклонения полной компенсации аП напряжением П , обусловленного их фазовым сдвигом.Приведенные на фиг.2 кривые лП и 611 , позволяют сравнить долю недокомпенсации аП дополнительным напряжением П для предлагаемого способа и известного. Если площадь под кривой ЬП означае г разность напряжений П, - П, т.е. значения отклонения эталонного от подключенного основного входного напряжения, то площадр под кривой П означает долю недокомпенсации разницы аП из-за фазового сдвига дП и 11 (т,е. П, и П ) для известного способа, Предлагаемый способ, имея меньшие отклонения по фазе (т.е. П.а и П ) позволяет лучше компенсировать ь 11 и имеет суммарно примерно вдвое меньшие значения 611 за продолжительность работы преобразовав . теля.Предлагаемый преобразователь частоты, имеющий дополнительный мост 11, позволяет для компенсации ьП подключить в качестве дополнительного напряжения входное линейное напряжение, сдвинутое на угол Л /2 относительно основного входного напряжения в каждой половине Т /2 интервалаподЕключения. Так, для осуществления предлагаемого способа, например, в момент времени Т (фиг.1) преобразователь (фиг.3) осуществляет включение тиристоров 20-22 в цепи основного тиристорного моста 5 и регулятора 9 напряжения с определенной ступе 45, представляет собой постоянное прог 50 55 лючение программ ППЗУ, а также задается необходимое число подключений5 10 15 20 25 30 35 40 ни напряжения для формирования положительной полуволны выходного тока преобразователя. Одновременно в момент времени 1открывают тиристоры 24-23 для обеспечения линейного напряжения Пна входе регулятора напряжения. В момент времени 1 для обеспечения отрицательной полуволны тока включают тиристоры 25-27 и 28, 29. В момент времени -С, для обеспечения тока положительной полярности во второй половине интервала Т включают тиристоры 20, 30, 22 и 31, 32.Система управления способом работает следующим образом.Формирователь 33 импульса синхронизации с сетевым напряжением формирует короткий импульс в момент перехода сетевого напряжения через нулевое значение. Блоком 34 синхронизации осуществляется, синхронизация импульсов генератора 35 высокой частоты с импульсами формирователя 33. На выходе блока 34 синхронизации, который связан с двоичным счетчиком 36 импульсов и дешифратором 37 следуют импульсы высокой частоты, например г = 600 Гц. Другим выходом блока 34 синхронизации осуществляется синхронизация всех переключений коммутирующего устройства 38 синхронизирующими импульсами сетевого налряжения, Коммутирующее устройство 38 управляет режимами работы блоков распределения импульсов по тиристорам основного моста 39, распределения импульсов по тиристорам дополнительного мо-ста, регулятора напряжения 39 и двоичного счетчика 36.Двоичный счетчик 36 импульсов представляет информацию о количестве поступивших импульсов на его вход блоку 40 распределения, который раммируемое запоминающее устройство(ППЗУ),.программируемое заранееПри программировании учитываются условия естественной коммутации тиристоров дополнительного моста и порядок подключения величин напряжения регулятора напряжения. Переключателем 41 дискретных значений выходной часто 1 ы производится перекполупериодов основного напряжения.Ключом 42 производится установкасистемы управления в исходное состояние.Формула и э о б р е т е н и яСпособ дискретного регулирования частоты, заключающийся в подключении на определенный интервал поочередно следующих напряжений эквивалентных входных фаз преобразователя для Формирования основного выходного напряжения и в суммировании каждого основного напряжения с дополнительным напряжением, при этом в каждом интервале подключения устанавливают момент времени совпадения Фаз эталонного и основного напряжений в половине интервала продолжительности целого числа периодов подключенного основного напряжения, причем в первой половине интервала подключения в качестве дополнительного подключают напряжение с опережающим Фаэовым сдвигом и значение дополнительного напряжения регулируют с убывающим амплитудным значением, во вто 46281 1 Орой половине интервала подключенияв качестве дополнительного подключают напряжение с отстающим фазовымсдвигом, а значение дополнительногонапряжения регулируют с нарастающимамплитудным значением, задаваемымиз условий возможной компенсацииразности напряжений эталонного иподключенного основного, о т л и " 1 О ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения качества выходного напряжения за. счет уменьшения величиныкоэффициента гармоник, дополнительное напряжение Формируют с углом 15 сдвига, равным -П /2, относительноосновного входного напряжения подключаемой эквивалентной входной фазы преобразователя, причем полярность дополнительного напряжения из О меняют так, что дополнительное на"пряженне опережает на угол П /2 основное напряжение в первой половинеинтервала подключения основного на"пряжения и отстает от него на угол-Ц 2 во второй половине интервалаподключения основного напряжения.1246281Фиг. Ю Составитель Г.Мьщык Техред О.Сопко Корректор М демчик Редактор В.Петраш Заказ 4016/51 Тираа 631 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие,г.уагород,ул.Проектнаа,4