Способ управления трехфазным автономным инвертором

бернетики АН СССР985.СССР985.Я ТРЕХРТО РОМэлектроо для уп АЗ ехни- авлеНа пусковой вызователя (фиг, 1) тадо 120 эл. град. иразбиты на 8 интерности, внутри и икоторых формируюпульсы, имеющиетельностЬ однои частоте преобратовые интервалы от 60 т 240 до 300 эл. град, валов равной длительсередине каждого из тся управляющие имначальную продолжиГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Отдел энергетической киМССР(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИНЫМ АВТОНОМНЪМ ИНВЕ(57) Изобретение относится кке и может быть использован Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями с широтно- импульсной модуляцией.Целью изобретения является улучшение качества проведения пускового режима инвертора, осуществляемое путем безударного перехода от одного поддиапазона пускового режима к другому с последующим плавным выходом на номинальный режим работы.На фиг. 1 приведены временные диаграммы, показывающие порядок подачи управляющих импульсов и форму линейного ОАВ и фазного Одо напряжений преобразователя на пусковой частоте Гп (внутри тактовых интервалов при частоте Г, формируется по 8 управляющих импульсов, значения индексов К и й при этом соответственно равны 2 и 4); на фиг. 2 и 3 - аналогичные диаграмния преобразователями с широтно-импульсной модуляцией, Цель изобретения - улучшение качества проведения пускового режима инвертора. Задавая частоту работы инвертора от пусковой максимальной. форлируютуправляющие импульсы управления тиристорами инвертора так, что пуск инверторэ осуществляют со 150-градусного режима работы с плавным изменением числа модулирующих импульсов вплоть до перехода на 180-градусный режим, Это позволяет поддерживать частоту коммутации, близкой к постоянному значению, а также безударный переход от одного поддиапазона к другому, б ил,и мы, соответствующие значениям выходной частоты Г=Г" 1 и Г=КГп=2 Еп (изображенные а сигналы соответствуют включающим им- ( пульсам, подаваемым на вентили катодной.и анодной группы преобразователяА, + В, + С); на фиг. 4 - регулировочная характеристика преобразователя с предложенным алгоритмом управления процессом пуска; на фиг. 5 - структурная схел 1 а уст ройства управления; на фиг, б - диаграмма напряжения на основных узлах этой схемы, й(здесь=К- половинное количество импульсов управления внутри каждой половины тактового интервала). На участках 0 - 15 О и 165-180 О на пусковой частоте включающие импульсы на вентили не подаются, благодаря чему кривые фазного и линейного напряжений имеют характерную трех- и двухступенчатую форму с незначительными амплитудами пятой и седьмой гармоник спектра, что способствует снижению пульсаций момента вращения при пуске и уменьшению пусковых потерь мощности.Регулирование частоты выходного напряжения преобразователя в пусковом режиме осуществляется при постоянстве средней на полупериоде величины выходного напряжения 0 (фиг, 4), имеющего на пусковой частоте 4 п заметно завышенное по сравнению с номинальным значение, что, как известно, повышает надежность процесса пуска, Абсолютные суммарные на тактовом интервале продолжительности выходных импульсов ц и запирающих сигналов управления Яу находятся из соот 1 . И ношений Меых - иЯу - 4 (соответствующие кривые на фиг. 4), При этом изменение выходной частоты сопровождается постоянной вариацией соответствующих продолжительностей импульсов управления, абсолютное положение середин которых по отношению к границам и к середине тактовых интервалов остается неизмененным. Одновременно пропорционально с ростом частоты уменьшается интервал непроводящего состояния вентилей, формируемый на границах зоны проводимости, продолжительность которого на частоте К 4 оо уменьшается до нуля.Соответственно на частоте 24 зона проводимости каждого вентиля достигает 180 зл, град., что обеспечивает постоянство структуры силовой схемы инвертора и позволяет производить дальнейшее регулирование преобразователя в соответствии с выбранным опорным законом частотного управления, Форма кривых выходного напряжения инвертора при увеличении частоты от 4 до К 4 я плавно видоизменяется путем плавного изменения местоположения крайних фронтов выходных импульсов, расположенных на границах тактовых подинтервалов, показанных стрелками на фиг.1 И 2.Иа первом поддиапазоне пускового режима инвертора, в диапазоне частот от 4 я до 4"К И 21 - 1) +1)41(2 - 1) 4 2 31- Гп изменение продолжительностей 5 сигналов управления производят в соотг в ветствии с зависимостью 1 =4 4 4 что означает постоя н 10 ство на данном интервале относительной длительности указанных импульсов, выраженной в эл, град, Относительные местоположения середин всех восьми сигналов управления определяются из соотношений С 1=60(1+ 4 ), Сг =60(1+ ),16 4 П 16 4 Сз =60(1,5 ), С 4 =60(1,5 164 П16 4 п 20 С 5=60(1,5+ " ),С 6=60(1,5+ " ),16 4 п Ст =60(2 - ), Се=60(2 164 ),16 4 п 16 4 п эл. град.В момент достижения выходной часто той инвертора значения 4" (фиг,2) в центрах каждой половины тактового интервала с координатами 75 и 105 наблюдается слияние пар смежных сигналов управления в одинЦ импульс удвоенной длительности А,Дальнейшее увеличение пусковой частоты осуществляется при последовательном уменьшении продолжительности этих сигналов в соответствии с зависимостью 35 л 12 Е 3 Рп К йй ( 2 1 - 1 ) + 1 ) 1 35 1 5 124 32 4 134 п 124 1044 п одновременно изменяются также и длительности Хостальных сигналов управления по соотношению21 - 1 М 1 - 1+1 45 6-К ( -1)(2 - 1)+1)24 ЕИ( - 1) 50 1 524 4 4 208 4 о 96 4 печивается постоянство выходного напряжения инвертора в процессе пуска, Отмеченный поддиапазон управления продолжается до тех пор, пока продолжив тельность Асигналов управления с центрами в 75 и 105 эл. град. не уменьшится до нуля, что наблюдается на частоте 4== 15"После этого, при КГнГР 1, при котором 1=1, внутри каждого тактового интервалаформируется по четыре импульса управвления с длительностями А =-24 КЕ3 1 10- На частоте Г=КГп=2 Гп(частоте завершения пускового режима, см.фиг. 3) А - а координаты середин1о 4 пимпульсов управления соответствуют значениям С 1=60 (1+1/8)=67,5 эл. град., С 2= 60 хх (1,5 - 1/8) = 82,5 зл. град., Сз= 60(1,5+1/8) =- 97,5эл. град., С=60(2 - 1/8)=112,5 эл. град, Кривыелинейного и фазного выходного напряжений при этом соответствуют стандартной 20форме напряжения преобразователя со180-градусным алгоритмом управления, характеризуащейся полной инвариантностью к изменениям параметров нагрузки.Дальнейшее Й-кратное связанное регулирование величины и частоты напряженияинвертора осуществляется в соответствии свыбранным опорным законом частотногоуправления,Величина выходного напряжения в рассмотренном пусковом режиме, может, в зависимости от типа нагрузки, изменяться подругим зависимостям. Так, на фиг. 4 пунктиром изображено изменение величинывыходного напряжения, проводимое в соОответстнии с зависимостью -- = сопя .УРДля рассмотренного варианта проведенияпроцесса пуска, при К=2, величина напряжения О на пусковой частоте Гп должна 40быть снижена н 2 раз по сравнению сранее рассмотренным случаем,Принцип построения систем управления, реализующих описанный способ, рассмотрим на примере аналоговой структуры 45устройства управления, поиведенного нафиг. 5, Временные диаграммы, поясняющиеалгоритм функционирования схемы, приведены на фиг, 6. При этом нумерации блоковна фиг. 5 соответствуют такие же индексы 50на эпюрах выходных напряжений блоков иузлов на фиг. 6, Для определенности принято, что устройство реализует пусковой алгоритм, соответствующий К=2, для упрощенияпринята, что 14 также равно двум. 55Временные диаграммы, построенныена фиг. 6, соответствуют пусковой (начальной) частоте преобразователя Е Генератор1 тактовых импульсов, задающий выходную чдстагу иннертард, падает с двух своих выходов последовательности тактовых импульсон на генераторы 2 и,илаабрдзнага напряжения, поичем частота следования импульсан, поступающих нд генсрдтар 2, в 12 раз превышает выходную частоту иннертард, д частаа тактовых им 1 ульсан нд другам выходе генератора 1 в 24 рдзд больше выходной частоты. В общем случае частота импульсов нд входе генератора 3 в К раз больше, чем нд входе генератора 2. Соответственна амплитуда симметричного пилообразного сигнала Оз генератора 3 нд всем дидгдзане в двд раза меньше амплитуды сигнала О 2 генератора 2, а крутизна указанных сигналов идентична. Амплитуды сигналан О 2 и Оз фиксируются соответствующими датчиками 4 и 5 амплитуды. Напряжение датчика 4 иннертируется инверторам 6, а также поступает на минусовой вход сумматора 7, плюсовой вход которого связан с выходам генератора 2.В основе функционирования устраЙствд лежит вертикальный принцип управления. В кампаратарах 8 - 10 осуществляется непрерывное сопротивление текущих значений напряжения развертки Оз или О 2 при ЕКГп, положение всех ключей на фиг, 5 соответствует пусковой частоте - Гп), с опорными сигналами, поступающими с выходов сумматоров 11 и 12, а также, при ГКГ, с вь 1 хада сумматора 13, В моменты равенства указанных напряжений кампараторами 8-10 ньрабатываются короткие однапалярнце командные сигналы на формирование фронтов сыходных импульсов, которые через элемент ИЛИ 14 поступает на вход счетного триггера 15 и, затем, нд вход лагическага рдспрсделителя ура- лпощих импульсов 16. Выбор амплитуд сигндлон источников 17 и 18 опорного напряжения при этом производится из соотношений:О 17= Озчакс,О 1 в = Озмакс/2 К=Озцакс/4 где Озакс - максимальная амплитуда сигнала Оз, наблюдаемая на пусковой частоте Гп. С целью повышения уровня пускового напряжения нд интервале пуска выход датчика 5 через усилитель 19, коэффициент передачи которого раьен 1/К, подключен к входу сумматора 20, к второму минусанаму входу которого присоединен выход сумматора 21, выходной сигнал которого пропорционален суммарной продолжительности выходных импульсов внутри каждого из 30- рддусных интерналан периода выходной частоты.Процесс увеличения выходной частоты иннерторд н пусковом режиме сопровождается пропорциональным синхронным снижением амплитуд сигналов развертки О 2 из, а тдюхе абсолютной величины а 1 рицд+С=О 1020304+01020304 О 22+010 гОЗОгг+ 50 +016203+02 О 15+ОЗО 15.Таким образом, предложенный способ управления позволяет существенно улучшить качество протекания процесса пуска лреобразователя, нагруженного на асинх ронный электродвигатель, как за счет плавного безударного перехода от одного поддиапазона управления к другому, так и за счет последовательного постепенного перехода к режиму 180-градусного управпе 60( + Е 21-1.Рп 2 К тельного сигнала От на выходе блока 7, который сопоставляется в компараторе 22 с напряжением О 2 з блока 23 отрицательной полярности, при этом О 2 з= - Озмс, Сигнал О 22 на выходе компаратора 22 показан на фиг, 6, продолжительность положительных импульсов напряжения О 22 при этом пропорциональна величине д интервалов закрытого состояния вентилей внутри зон проводимости и уменьшается с ростом выходной частоты, достигая нуля на частоте Г=КЕп, Этот момент фиксируется схемой 24 сравнения, вырабатывающей команду на изменение состояния ключей 25-27, При этом в компараторах 9 и 10 осуществляется сравнение сигнала развертки О 2 с напряжениями О 12 и О 1 з=О 4-012. На вход сумматора 20 внутреннего регулятора системы начинает поступать постоянный сигнал источника 28 (О 25= Озмокс/2 й ), что в дальнейшем соответствует режиму регулирования с постоянством отношения величины напряжения к частоте.При помощи схемы 29 сравнения, управляющей работой ключей 30 и 31 и связанной по входу с выходами датчика амплитуды пилы 5 и сумматора 11, в системе в момент равенства амплитуд сигналов Оз и О 11 автоматически фиксируется граничная частота Е", при которой уменьшаются до нуля продолжительности выходных импульсов, формируемых в серединах 30-градусных интервалов. Порядок формирования управляющих импульсов на вентили инвертора задается алгоритмом работы четырех- разрядного регистра 32, выраженные в цифровой форме состояния выходов 04030201 которого на периоде выходной частоты записываются соответственно как 1000, 1001, 0010, 0011, 0000, 0001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111. Логические функции, реализуемые распределителем 16 и поступающие в виде последовательности управляющих импульсов на вентили силовой схемы, при этом имеют следующий вид: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 8ния ключами инвертора, обеспечивающемунезависимость формы кривой выходногонапряжения от параметров нагрузки. Этоблагоприятно сказывается на характерепротекания пусковых переходных процессов как в преобразователе, так и в нагрузке- асинхронном электродвигателе. Средняячастота коммутации вентилей силовой схемы инвертора при этом близка к постоянному .значению, что способствует номинальнойэлектромагнитной загрузке вентилей и реактивных элементов силовых цепей преобразователя.Формула изобретенияСпособ управления трехфазным автономным инвертором с К.й-кратным диапазоном регулирования частоты и величинывыходного напряжения, заключающийся втом, что формируют противофазные управляющие сигналы для управления аноднымии катодными вентилями каждой из фаз сзаданной частотой, а для анодной и катодной группы основных вентилей разных фазуправляющие сигналы сдвигают на 60 эл,граддпя каждого из основных вентилеймодулируют управляющий сигнал на тактовых интервалах от 60 до 120 эл. град. и от240 до 300 зл, град, при этом число управляющих импульсов на этих интервалах с ростом частоты Г уменьшают, а на пусковойвыходной частоте Рп наибольшая длительность управляющих сигналов составляет наполовине периода 150 эл. град., о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения качества проведения пускового режима инвер-тора, нагруженного на асинхронныйдвигатель, в процессе пуска в диапазонечастот Гп-КРп, продолжительность паузы д,формируемой в середине интервала от 150 до180 эл. градизменяют в соответствии с соР - Р,отношением д = 15 1 - "эл., К - 1)Рпград., относительные месторасположениясередины каждого 1-го от границ и от середины тактовых интервалов управляющихимпульсов 1=1, 2., К) определяют по соответствующим функциональным зависимостям,С =60(,5- ( - -Еп 2 К Г 21 - 1С =60,2 -)эл. градрасполаРп 2 К гая их симметрично, формирование каждого 1-го управляющего импульса осуществляютпри изменении выходной частоты инвертоК И 2 - 1 +1 ра От ЕлдО Е=Е 114 (2-1), причем при изменении выходной частоты от Ел до Е"=Ел- внутри каж 4(2- 1) дой четверти тактовых интервалов формируют поуправляющих .импульсов сй - 1 длительностью А = при Е Е Е"24 М внутри каждой четверти тактовых интервалов формируют по- 1 управляющих импульсов с длительностью2 -1 М- 111ба Кй( - 1)й(2- 1)+1) 24Е 1 ) ай импульс управле 24 М Р - 1 ния продолжительностью1 2 - 1 М- 1+1312 Р ЗЕп КйМ(2 - 1)+13 10 формируют в серединах каждой половинытактовых интервалов.1686664 Фи оставитель В. Гордеевехред М.Моргентал Корректо Редактор В, Бугренк НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 каз 360ВНИИ Тираж сударственного комитета 113035, Москва, Ж