Способ управления регулируемым мостовым инвертором

,157702 51) 5 Н 02 И 7/48 ПИОАИИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ЛЬСТВУ 7 Бюл. Р 25гетической кибернетики лируемого элек ретения являет ного состава в реобразователя астот, близких равления ба 0-градусцог ыходног ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Отдел энерЛН ИССР(57) Изобретенитехнике и можетдля управлениядящими в состав 7(088.8)свидетельство СССР Н 02 И 7/48, 1987. ЛВЛЕНИЧ РЕГУЛИРУЕ%Г 1 ОРО 11е относится к электробыть использовано преобразователями, вхосистем частотно-регуропривода. Целью изобя улучшение спектральводного напряжения в диапазоне выходных к номинальной. Способ руется на алгоритме управления ключами Изобретение относится к электротехнике, к подклассу силовой преобразовательноц техники, может быть использовано прц управлении полупроводниковыми преобразователями частоты на базе инверторов напряжения, питающими асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, и являются дополнительными к изобретению по авт.св.Кф 1492434,Целью изобретения является улучшение спектрального состава в о напряжения преобразователя. 2трехфазного преобразователя с допол" нительнымц коммутациями вентилей, осуществляемыми в серединах соответствующих зоц управления. Связанное ре гулировацие частоты и величины выходного напряжения ца нцжцец половине частотного диапазона осуществляют за счет постоянцоц поэтапной варнации длительностей пауз между импульсами управления ц самих управляющих импульсов на центральных участках так товых интервалов 60-градусной продолжительности. 1 ля снижения амплитуд гармонических составляющих, близких к основноц, ца верхней половине частотного диапазона на интервалах 0-30, 150-180, 180-210, 330-360 эл. град. генерируют дополнительные импульсы управления, продолжительность которых растет с увеличением частоты, а местоположения середин осцоццьв сигналов управления фиксируют на уров не 75, 105, 255 и 285 эл. град. 5 ил. На Фиг. 1 изображена силовая структура трехфазного преобразователя, выполненного на базе полностью управляемых ключей; ца Фцг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие предлагаемьг способ управления преобразователем; на Фцг. 3 - Функциональная схема системы управления, реализующая предлагаемьд способ; на Фиг, 4 - временные диаграммы, поясняющие алгоритм ее работы; на Фиг, 5 - характеристики гармонического состава выходного напряжения преобразователя.Временные диаграммы, представлен- г ные на фиг. 2, иллюстрируют вариант связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения преобразователя в четырехкратном диапазоне (И=4), На трех верхних временных диаграммах на фиг. 2 а изображены включающие импульсы управления, поступающие на начальной выходной частоте на вентили катодной группы преобразователя +А, +В, +С в течение одного полупериода. На вентили анодной группы приходят соответствующие проинвертированные сигналы, Иоменты равенства нулю приведенных сигналов управления на временных диаграммах соответствуют при этом интервалам формирования запирающих вентили иглпульсов. На нижних временьгх диаграммах на фиг. 2 представлены соответствую- %е участки кривой . в :инейгого выходного напряжения преобразователя 11,.Рассмотрим алгоритм Фо,глирования "лравляющих сигналов на "гглмере фа зы А. На начальной выходной частоте преобразователя Ро (фиг, 2 а) в серецлне зоны проводимости вентиля А тактовый интервал от 60 до 120 эл. град. разбивается на четыре отрезка равной длительности .по 15 эл,град. каж-., и, внутри и посередине каждого из которых формируются управляющие (запирающие вентиль) импульсы продол- жительностьюИ4-1Л = - = -- ,60=11, 5 эл. град.6 РоИПри этом местоположения середин управлягощих (запирагощих) сигналов С и С на первой полонине тактово- Ого интервала, вычисляемые как С21-1=60(1+ в в ), соответственно равны 67,5 и 82,5 эл.град. На вторых половинах тактовых интервалов на всем диапазоне регулирования управлягоще импульсы располагаются симметрично. На тактовом интервале от 240 до 300 эл, град. в зоне закрытого состояния вентили аналогичным образом вырабатываются сигналы на включение вентиля.Регулирование частоты выходного сигнала преобразователя при рассматриваемом алгоритме управления в диапа 1 Тзоне частот Р - -Р осуществляется за 5о 2счет постоянной поэтапной вариации продожснтельостей центральных на тактовых интервалах управляющих им При анализируемом варианте связанного четырехкратного по частоте регулирования преобразователя (0=4) на первом поддиапазоне регулирования из" менение частоты (длительности периода) осуществляется путем изменения продолжительности импульсов управления в соответствии с зависимостью1 1 1 1 1 1121 Р ГИ 24 Р 4 Рои с текущм местоположением середин импульсов управления 21-1 Р-- ) =60(1+ ) эл.град,.8 Гр2 2-1 ЗРв в в )=60(1+") эл,град,24 8 Р,С =60(1+ -Р Р С =60(1+ -Ропульсов и длительностей пауз между основными импульсами на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. На поддиапазонах регулирования, на которых в центральных тактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, продолжительность. остальных сигналов управления не зависит от текущих значений выходной частоты преобразователя и определяется1-1из соотношения 3 = ---- , -- , гдеЗИР (21.-1)количество формируемых на половине тактовых интервалов сигналов управления, включая централььп, На поддиапазонах регулирования, на которых регулирование осуществляется эа счет из"ленения продолжительности центральных пауз между основными импульсами управления,длительность остальных сигналов правления варьируют в зависимости от телцх значений выходной частоты реобраэователя в соответствии с д;у .- 1 1 1 кциональной зависимостью д= - т(- - - - ;,.121 Р РрК После достижения выходной частотой преобразователя значения Р=И/2 Гр и до номгальог частоты Г=МГ описанны алгоритм Формирования управляющих сигналов видоизменяется.Все указанные зависимости относятся к продолжительностям сигналов управления, вызывающих запирание вентилей внутри 180-градусных зон открытого состояния ключей и включение соответствуюгцх вентилей внутри эон закрытого состояния, на интервалы времени, равные продолжительностям упомянутых сигналов.Отмеченный первый по порядку поддиа"паэон регулирования занимает диапазон1частот%21-1) 4(2 2-1)Ро й о 21(2-1) -Т оГ1 1,09 Рпосле чего ближние к середине такто"вых интервалов импульсы управлениясливаются в один центральный сигналУуправления увеличенной длительности. Поддиапаэон регулирования преобразователя, расположенньй в зоне выходаИ (21-1) 15 ньи частот Р -Р =Р - . -- т- ---2 с 2(-1) (21-1)+14(2 2-1)=Ро 2(2 1)(2,2 1)+1-1 71 Рохаратеризуется наличием расположенных в серединах тактовых интервалов центральных основных сигналов управления, продс - жительность которых изменяется от частоты в соответствии с зависимостью1 2(1-1) (2 г)+1 16 Р 6 Р И(21-1) бР252 (2-1) (2 2-1) +1 1 76 4 (2 2 -1)Го 6 Р 72 Ро Длительности основных остальных сигналов управления,при этом остаются1-1 постоянными и равными Л = --- . -- =ЗГ 1 Ро(21 1) 1577027 б11 56 Рнальной зависимости у (-"- -- 5, 78)2 89 Р о=(- в - - 5,78) эл.рад. Ближние кограницам полупериода фронты дополнительных сигналов управления при этомформируют путем сдвига на +60 эл,град.ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих одноименньи (вклю 10 чающх или выключающих) основных сигналов управления. Указанньп поддиапазон работы преобразователя иллюстрируется временными диаграммами, представленными на фиг.2,б.Лродолжительность удополнительныхсигналов управления на диапазонеРо-- -БР линейно увеличивается при этом2 оот близкой к нулю велчшы при частоЕоте -- о 5,78 эл,град., наблюдаемойна номинальной выходной частоте преобразователя % . В кривой линейноговыходного Йапряжения 1), как показано на фиг. 2 б, на отмеченном подциапазоне регулирования у границ полуперцодов формруются дополнтелыьевыходные импульсы, способствующиеуменьшению (компенсацци) амплцтуд па 30 разитных гармоник спектра, близкихк основной гармонике.2-13 4 (2 2-1) Р 36 РУвеличение выходной частоты преоб-.35 разователя от Р до выходной частоты, равной половине номинальной Р= Б=-Р =2 Р сопровождается последова 2 о отельным уменьшением продолжительностей Л сигналов управления по зависи 1 1 1мости Л = в (- - в -). Характерной осо 12 Р. 4 Рбенностью предлагаемого способа управления преобразователем является модификация алгоритма управления в диапазоне повышенных значений выходных11 Р очастот --- ИРо. Так, начиная с часЕФоты Р = в -=2 Р местоположения сере 2дин управляющих сигналов жестко"фиксируют на уровне 75, 105,255 и 285 эл, град. Одновременно на интервалах 0-30, 150-180, 180-210 и 330-Зб 0 эл.град. вырабатывают дополнительные импульсы управления, по одному на каждом из указанных интервалов, продолжительность которых находится из функциоЛрцнция построения систем управления, реализующих предлагаемый способ, рассмотрим на примере системы управления, функциональная схема котороц, соответствующая варианту И=4, представлена на фцг. 3. Блок 1 задания выходноц частоты преобразователя, формируемы на выходе которого аналоговыц сигнал прямо пропорционален ве-, личине выходной частоты ц определяет частоту следования тактовых импульсов генератора 2 тактовых импульсов, которая в 12 раз превышает выходную частоту преобразователя, связан также с плюсовым входом сумматора 3. Выход генератора 2 подсоединен к входам регистра 4 и генератора 5 развертывающего линейно изменяющего напряжения, сигнал на выходе которого на всем диапазоне работы имеет постоянную в обе стороны крутизну и переменную амплитуду, уменьшающуюся с ростом частоты, которая фиксируется датчиком 6 амплитуды. Выход генератора 5 подключен к входам компараторов 7-11, в которых сигнал 1) генератора 5 сопоставляется с выходными напряжениями сумматоров1216. Выход датчика б связан. такжес плюсовым входом сумитора 17,Алгоритм функционирования устройствавыполненного по вертикальномупринципу, поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.4.При этом индексы сигналов на фиг.4соответствуют цифровым обозначениямсоответствующих блоков и узлов нафункциональной схеме устройства, Ам"плитуды сигналов источников 18 и 19постоянного напряжения определяют собой временные положения середин импульсов кривой выходного напряже 1 пляпреобразователя на начальной выходнойчастоте. При этом для И=4 У=У01 Э =0,5 Ъ МакеГдЕ ЦМакС- МаКСИ,мальная амплитуда пилообразного сиг"нала генератора 5, наблюдаемая на на-,0чальной выходной частоте. Источники18 н 19 связаны с г, посовьпи входами,сумматоров 13-16, на другие входы ко"орых поступает сигнал о 1 1 еточника20, амплитуда которого ,.;лет началь-,5ную длительность выходных импульсовпри И=4 Б = -- =О 0625 Н,., НаБвмакС сйо На ф "- максвходы сумматоров 13-16 приходит также корректирующий разностный сигнал 30с выхода сумматора 2.1, который на нача 1.ьной частоте равен нулю, благодарячему суммарная продолжительность выходных импульсов, временное положение которых определяется амплитудамисигналов на выходах сумматоров 13-16,в процессе регулирования преобразователя остается постоянной что соотвг"ствует закону постоянства отношениявеличины напряжения к частоте. Величина напряжения Бопорного источника 22 при этом определяется из соотношенияН ю максН =- -- -=0 2 ЮЕ 1. Я ф Е м асс45Из этого сигнала сумматором 21 осуществляется вычитание сигнала результирующего сумматора 23, плюсовые входы которого связаны с,выходами сумматоров 14, 16 и 17, а минусовый входсумматора 23 подключен к выходу сумматора 15. Тем самым величина сигнала0пропорциональна суммарной на полуйериоде продолжительности выходныхимпульсов. В моменты равенства сиг"налов У 1 -У 1 текущим значениям развертывающего напряжения Укомпарато"рами 8-11 вырабатываются короткие импульсы (команды) на формирование фронтов выходных импульсов, которыечерез элемент ИЛИ 24 поступают навход счетного триггера 25 и далее,на вход логического распределителя 26управляющих импульсов.Описанный базовый алгоритм работыустройства имеет место на нижнем диапазоне выходных частот преобразоваМ,теля, при Г(-Го=2 Го, В момент достижения выходной частотой преобразователя указанного граничного значенияГ=2 Г амплитуды сигналов Нисточнн - .19ка 19 и 11 на выходе датчика 6 становятся равны, что приводит к срабатыванию компаратора 27, переключениюиз одного положения в другое по команде компаратора 27 ключа 28 и замыканию клыча 29. Дальнейшее увеличениевыходной частоты преобразователявплоть до номинальной выходной частоты 4 Г происходит при постоянстве выра;п нного в градусах временного пос.кения середин пауз между выходнымиимпульсами, которые на фиг. 4 приментельно к управляющим сигналам вентиляФазы +Л обозначены как С и С. Одновременно положительный разностный сигнал с выхода сумматора 3 (считается,что максимальная амплитуда выходногосигнала блока 101=0 ) через согла 1 Е макссующий усилитель 30 поступает на входсумматора 12, где суммируется с напряжением Н, Суммарный сигнал Б1 Ъчерез ключ 29 приходит на гход компаратора 7 с формирователем коротких импульсов на выходе, вырабатывающегокомандные импульсы в моменты равенства сигналов У и 01 , которые черезэлемент ИЛИ 31, на другой вход. которого приходят импульсы От компаратора 10, поступают на вход счетноготриггера 32 и вызывают его периодическое срабатывание. На плюсовой вход сумматора 23 поступает сигнал черезключ 33, управляемый компаратором 34.Сигналы на выходах счетных триггеров25 и 32, обозначенные на фиг. 4 соответственно как У,1 и С э, поступаютна входы логического распределителя 26управляющих импульсов, На тактовые входь 1 распределителя 26 поступают сигналы четырехразрядного регистра 4, выходные состояния .,0 ,О ,Г которого в цифровой Форме за период выходного напряжения можно последовательно записать как 1000, 100 1, 00 10, 0011,ОООО, 0001, 1010, 1011, 1100, 1101, Э 15771110, 1111, При этом логические функции, реализуемые распределителем 26 и поступающие в форме включающих сигналов управления на соответствующие вентили, имеют следующий вид+С (11( ЯЗЯ 4+СОДЪЯфБз+ +ВАЛ А 0 э+0,Ч Л зП Ч Л Л Ли +,ЛЛд а 3+ 8 Л РФ 10 В фы. Формирование на. верхнем частотном диапазоне работы преобразователя дополнительных сигналов управления с лн 15 нейно изменяющейся от частоты продолжительностьюприводит к появлению на крайних участках кривой линейного выходного напряжения дополнительных импульсов той же длительности, обеспечивающих компенсацию амплитуд пара - ЗО , зитных гармонических составляющих спектра, близких к основной. Зто наглядно иллюстрируют приведенные на фиг, 5 рассчитанные для варианта 0=5 кривые зависимостей относительных, 35 приведенных к напряжению источника питания Е, амплитуд пятых и седьмых гармоник для предлагаемого (сплошные линии) и известного (пунктирные кривые) способов. При этом выбранный 40 0270закон изменения продолжительности при котором при Р КГ у 5,78 эл,град. обеспечивает на номинальной частоте полную компенсацию пятой гармоники, амплитуда седьмой гармоники в верхней части диапазона регулирования также достаточно мала и не превышает нескольких процентов от основной.Ф о р м у л а изобретенияСпособ управления регулируемым мостовым инвертором с Б-кратным связанным регулированием частоты и величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения по автсв, Р 1492434, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения спектрального состава выходного напряжения преобразователя в диназоне выходнйх часИтот -Г -ИР местоположения серединЭосновных сигналов выключения и включения вентилей определяют соответственно как 75, 105,255 и 285 эл.град., а на интервалах 0-30, 150-180, 180-210 и 330-360 эл.град. формируют дополнительные сигналы выключения и включения вентилей, ближние к границам полу- периодов фронты которых формируют путем сдвига на -60 эл,град. ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных сигналов выключения н включения вентилей, при этом длительность дополнительных сигналов выключения и включения вентилей определяют из функциональной за 11 56 Рвисимости )=( ---- 5, 78) эл .град.ИГа1502 Составитель О.Парфеноваедактор В.Бугренкова Техред М,Дидык Корректор Т.М Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Заказ 1853ВНИИПИ Госуд Тираж чч 98 венного комитета по нзо 113035, Москва, Ж, Р Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССРушскан наб., д. 4/5