Способ управления вентильным регулируемым одномостовым преобразователем

,О 3 ГОсудАРстВенный кОмит етПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Отдел энергетической кибернетики АНССР Молдова(56) Зэбродин Ю.С, Автономные тирйсторные инвертары с широтно-импульснцц ре. гулированием:-М,; Энергия, 1977, с. 17-21.Олещук В,И., Чуру Ф,Ф, Широкодиапдзан. нае регулированиегрехфазных инвертараВ на. пряжения с "постоянным периодомкоммутации. - Электричество,1988, М 6, с. 69 - 72,Авторское Свидетельство СССР М1492434, кл, Н 02 М 7/48, 1989,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОДНОМОСТОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ.ния заключается в периодическом включе-нии и выключении с взаимным фазавымсдвигом в 60 эл, град основных вентилей Изобретение относится к силовои электронике и может быть использовано при создании систем мощного частотно-регулируемого электроприводэ переменного тока.Известны способы 120- и 150-градусного управления трехфазными мостовыми преобразователями, обеспечивающие удавлетворительный гармонический состав выходного сигнала. форма которого в этих случаях существенно зависит от характера и параметров нагрузки, что ограничивает широкое применение подобных алгоритмов управления в преобразователях для электроприводэ,Известен также инвариантный к параметрам нагрузки способ симметричного БО 175 преобразователя. В серединах полупериодов проводимости и закрытаго состояния вентилей формируются разноименные с Соответствующим полупериодом модулируЮ- щие сигналы управления; за. счет нелинейной модуляции продолжительностей которых обеспечивается плавный переход от одного поддиапазона регулировайия к другому, Новым в способе управления является та, что на большей части диапазона регулирования (на четырех пятых общего диапазона регулирования) в серединах центральных на полупериодах тактовых интервалов формируются дополнительные модулирующие сигналы управления 12-градусных прадолжительносгей, а формирование остальных модулирующих сигналов управления производится по модифицированным нелинейным зависимостям относительно середин боковых 24-градусных интервалов соответствующих тактовых интервалов. 4 ил,180-градусного управления трехфазным одномостовым преобразователем, при управлении по которому связанное регулирование выходных частоты и величины напряжения осуществляют за счет постоянной паэтапнои вариации по определенным зависимостям длительностей сигналов управления и пауз между ними, формируемых на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, расположенных в серединах соответствующих полупериодов управления. Граничные частоты между соответствующими поддиэпазонами регулирования надсадятся при зтам в функциональной связи с величинои диапазона регулирования и числам синтезируемых основных сигналов управления внутриполовин упомянутых тактовых интервалов,Однако спектральный состав выходногонапряжения преобразователя в этом случаене во всех точках диапазона регулирования 5может-удовлетворить потребителя, в част.ности имеют место зоны управления с значительной по амплитуде пятой паразитнойгармонической составляющей,Целью изобретения является улучшение гармОнического состава выходного напряжения преобразователя в процессеСвязайного ретулирования частоты и величины напряжения, осуществляемого в диапазОнеВыхОдных частот Ео -Ео Еп 151,6 ЕоПри управлении по способу, при котором основные вентили разных фаз и групптрехфазйого мостового преобразователяпериодически включают и выключают с взаиМным фазовым сдвигом в 60 эл. град впоследовательности +А, -С, +В, -А, +С, -В,при этом для каждого вентиля в течениеодного полупериода от 0 до 180 эл. градформируют прложительные полупериоды 25проводимости, а от 180 до 360 эл, град -отрицательные полупериоды закрытого состояйия, на тактОвых интервалах проводимости 60 - 120 эл. град и на тактовыхинтервалах закрытого состояния 240-300 30эл. град формируют разноименные с соответствующим полупериодом управлениямодулирующие сигналы управления, количество 1 которых последовательно поэтапноуменьшается с ростом выходной частоты Е 35зэ счетсоответствующей вариации длительностей основных и модулирующих. управляЮщих сигналов, причем на начальнойвыхоДной частоте Ео тактовые интервалыразбивают на четное иоличество подинтервалов; в середине каждого из которыхформируют модулирующие сигналы управления, в диапазоне частот Ео- - Е, вЕп2 Еоцентрах указанных тактовых интервалов 45формируют модулирующие сигналы управлений с продолжительностью, равной 1/ЗОЕ(12 эл, град), длительность тактовых подинтервэлов принимают равной 6 Е - , на 500,8б Еопкаждой половине тактового интервала начало каждого первого и конец каждого последнего тактового подинтерваласинхронизируют соответственно с началомтактового интервала, с границами центрального модулирующего сигнала управления и с концом тактового интервала, приэтомвесь диапазон регулирования разбивают на поддиапазоны, при повышении выходной частоты преобразователя переход от нечетного количества модулирующих сигналов управления, формируемых внутри каждого из крайних 24-градусных участков тактовых интервалов, к четному производят на частотах Еа переход от четного числа сигналов к нечетному - на частотах Е, на частотных поддиапазонах ЕЕЕ +1 длительность модулирующих сигналов управления определяют как Л = т- ( ---- -)1 1 2 ЕоЕо Еп , на частотных поддиапазонах ЕЕЕ н 1 в центрах 24-градусных участков формируют модулирующие сигналы управления с длительностью1 0,8 1,6,- 1 Е+ 1,б Ео- , а продолжительность остальных модулирующих сигналов управления определяют в соответствии с зависимостьюО,Я Е - 0,8 ЕоЛ = -- = -- , значения граничных чаб Го Епстот, переходных от одного поддиапазона регулирования к другому, находят какр Ео Еп2С -1) Е+:-:) Ео Е ( - 1)п2 1 - 1) ГЕ: 2 Е(,а в диапазоне выходных частот преобразоЕп Ео Еп Еователя в в . - вв центрах тактовых2 Ео 1,6 Еоинтервалов синтезируют по одному модулирующему сигналу управления с длительно 1 1 бЕостью Л = Б-г- ----- , где Е и ЕоЕп Еосоответственно текущая и номинальная (минимальная) амплитуды питающего преобразователь напряжения.На фиг. 1 представлена структура основныхх силовых цепей трехфазного одномостового преобразователя, выполненного на запираемых тиристорах и нагруженного на асинхронный двигатель АО; на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие алгоритм формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя в соответствии с предлагаемым способом; на фиг. 3 - блоксхема системы управления преобразователем, реализующей разработанный алгоритм управления; на фиг, 4 - временные диаграммы ее работы,Временные диаграммы (фиг, 2) поясняют порядок формирования управляющих сигналов (импульсов) Оу на вентиль+А силовой схемы преобразователя, а кривые линейного выходного напряжения преобразователя Одв соответствуют варианту п=-8, когда на начальной выходной частоте Ео (фиг. 2 а) центральные наполупериодах тактовые интервалы 60-120 эл. град внутри полупериода проводимости каждого вентиля и 240 300 эл. град внутри полупериода закрытого состояния разбиваются соответственно на восемь подинтер.48валов продолжительностьюэл., град каждый, т.е. в 6 эл. град на частоте Го, которые показаны тонкими дугами (фиг. 2).Внутри и в,середине каждого из подин. тервалов формируются модулирующие сигналы управления, разноименные с соответствующим полупериодом управления (запирающие вентили модулирующие сигналы управления на полупериоде проводимости и отпирающие модулирующие сигналы управления внутри полупериодов закрытого состояния), При этом в середине каждого тактового интервала на участке протяженностью 12 эл, град формируются центральные модулирующие сигналы. Внутри тактовых интервалов на каждойполовине тактового интервала начало каждого первого и конец каждого последнего тактового подинтервала синхронизируются соответственно с началом тактового интервала, с границами центрального модулирующего сигнала управления и концом тактового интервала.Регулирование величины выходного напряжения осуществляется при этом путем изменения продолжительности указанных модулирующих сигналов, причем относительная (выраженная в градусах) продолжительность центральных модулирующих сигналов управления на большей части диапазона регулирования, вплоть до повышенных выходных частот, остается постоянной и равной 12 зл, град.Общий диапазон связанного регулирования величины и частоты выходного напряжения преобразователя по экономичному закону постоянства отношения величины напряжения к частоте при рассмотриваемом алгоритме управления составляетГо ЕпГо - 1 6 Е , где Е и Е, - соответственноЕотекущее и номинальное (минимальное) значения питающего преобразователь напряжения. При этом в диапазоне выходныхЕп Гочастот Го Е регулирование частоты2 Еоосуществляется за счет постоянной плавной поэтапной вариации длительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых в серединах отрезков 24-градусных продолжительностей,Процесс регулирования преобразователя характеризуется в этом случае последовательным переходом от одного из дпукспорных алгоритмов управлениц к другомуи наоборот. С ростом выходной частоты и реобразоватепя переход от нечетногокопи 5 чества модулирующих управляющихсигналов, формируемых внутри каждого из24-градусных отрезков, к четному (Г 1) числусигналов осуществляется на граничных частотах Г;. определяемы к как10Го ЕпГ =- - - , "л-" л г"- В свою очередь пе2; (-1) +2 Е,реход от четного(другие численные значения ) к нечетному(Г 1) числу модулирующихсигналов управления производится на гра 15 Го Е(11)пничных частотах ГПри этом внутри частотных поддиапазонов ГГГ;+ длительность модулирующих сигналов управления определяется как20 1 1 2 ЕоЛ = 1-( -- " ), внутри поддиапазо 4 Г ГоЕпнов ГГГ +1 в центрах 24-градусныхотрезков тактовых интервалов формируютмодулирующие сигналы управления с изменяющейся продолжительностью0,8 1.6; (- 1 Е + 1,6 Е,Л - . --- , достига12 Г 12 ГоЕпющей близого к нулю значения на частотеГ ь а длительность Л основного массива модулирующих сигналов управления равна0,8 Е; - 0,8 Еопри этом Л -6 Го и Е 1На верхнем частотном поддиапазонеГо Еп Го Еп35 при - ЕГ2 Е в центрах тактовыхинтервалов формируется по одному модулирующему сигналу управления с продолжительностью40 Л - 1 1 б Е.6 Г Еп ГоСинтезирование на большей части частотного диапазона работы преобразователяГо Епв области Го - 2 Е в центрах тактовых45 2 Еоинтервалов модулирующих сигналов управления с продолжительностью в 12 эл. градпозволяет полностью исключить из спектравыходного напряжения наиболее нежела 50 тельную пятую гармоническую составляющую. На всем рабочем диапазоне переходот одного поддиапазона регулирования кдругому осуществляется плавным поэтапным изменением до близких к нулю значений продолжительностей формируемых втактовых точках основных и модулирующихсигналов управления,В соответствии с указанной последовательностью формирования управляющихсигналов при анализируемом варианте рефРОНтоВ ВЫХОДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, КОТОРЫЕ ЧЕ- . Го Ирезэлемент ИЛИ 24 поступают на входсчетного триггера 25, связанного своим сигнала Оо превышает амплитуду пилообвыходомсинформационнымвходомлогиче- разного напряжения Оя, на полупериодеского распределителя управляющих им кривой линейного выходного напряженияпульсов на вентили преобразователя 26. синтезируется при этом по три импульса.Выход триггера 25 связан также с кон- Величина сигнала 021 на выходе усилйтеляденсатором 27, выделяющим постоянную 21 также последовательно снижается, досоставляющую последовательности им- стигая на указанной частоте нулевого значепульсныхсигналов с выхода триггера 25. 10 ния, Укаэанный момент фиксйруетсяНапряжение конденсатора 27 поступает да- логическим узлом, состоящим иэ компаралее на делитель 28, в котором осуществля- тора 29; на один вход которого приходитется его деление на аналоговый сигнал . сигнал с выхода датчика 4 амплитуды, а назадания частоты О, в результате чего на . другой поступает постоянное найряжение свыходеделителя 28 всоответствующеммас первого выхода источника 30; определяештабе формируется напряжение, пройор" -Озмакс 2циональное суммарной на полупериоде мое как Озо(О=в и- -длительности выходных импульсов: . По сигналу компаратора 29 происходитЭтот сигнал поступает далее на минусо- замыканйе ключа 31, после чего в компаривой вход интегратора 23, связанного вто О рующем узле 32 начинается сопоставлениерым плюсовым входом с источником 22 текущетозначениясигналаОзснапряжениопорного напряжения, амплитуда которого ем, снимаемым с второго выхода источника0,8 Озмакс .".: 30 й определяемым как022= , где Озмакс - максимальнаяп 0,8 Озмакс2амплитуда сигнала генератора 3, наблюдае . до.1 " имая на начальной выходной частоте преоб-На вход трехразрядного регистра 33 наразователя. Благодаря приведенному всем диапазоне регулированйя поступаютвключению амплитуда сигнала на выходе: импульсы с выхода генератора 2 тактовыхинтегратора 23 пропорциональна длитель-: импульсов. Выраженные в цифровой формености основных Выходных импульсов кривой 30" состояния вь 1 ходных разрядов Оз 02 01 реВыходного напряженйя, а сигнал на выходе гистра 33 на периоде выходной частотысуммирующего усилителя 21 пропорциона- (фиг. 4) могут быть записаны соответственнолен половинной продолжительности Л моду- . как 100, 001, 000, 101, 110; 111; эти сигналы.лирующихсигналовуправленйя, .: поступают на тактовые входы лбгическогоВ процессе связанного регулирования 35 распределителя 26 и определяют собой изчастоты и величины напряжения преобразо- вестный алгоритм синтеза управляющих. Вателя контур внутренней обратной связи сигналов на основные вентили трехфазногосистемы, включающий узлы и блоки 23, 25, мостового инвертора,27 и 28; обеспечивает на диапазоне регули-. Таким образом, предлагаемый способрования от начальной частоты Го до Р 2= 40 обеспечивает в зоне выходных частот преРои Еп Го- непрерывное, осуществляемое по ас- . образователя Го--- полное устране 2 Еотатическому принципу, формирование кор- ние из спектра выходного напряженияректирующего сигнала, поступающего нанаиболее нежелательной пятой.гармоничевходы сумматоров 19 и 20 и непосредствен ской составляющей, причем это достигаетсяно на компаратор 18 и автоматически под- наиболее простым путем без дополнительдерживающего постоянство суммарнойных коммутаций Вентилей силовой схемы,вольтсекундной площади выходных импуль-.вызывающих дополнительные потери элексов на полупериоде В процессе изменения трической энергии. Тем самым существенновыходной частоты. При этом на указанном 50 повышается качество процесса преобразодиапазоне автоматически выполняется реа- . вания электрической энергии, снижаютсялизация укаэанных функциональных зави- непроизводительные потери электроэнерсимостей между продолжительностями гии в силовых цепях преобразователя и насигналов управления, их временным поло- грузки и повышается суммарныйжением и текущими значениями выходной 55 коэффициент полезного действия преобрачастоты преобразователя, а также автома- зовательных систем,тический переход от одного поддиапазона к Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и ядругому, наблюдаемый нд указанных гра- Способ управления вентильным регулиничных частотах Г; и Г;, руемым одномостовым преобразователемпо закону постоянства отношения величины напряжения к частоте, заключающийся в том, что основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл, град в последовательности +А, -С, +В, -А, +С,-В, при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл. град формируют положительные полупериоды проводимости, а от 180 до 360 эл, град - отрицательные полупериоды закрытого состояния, на тактовых интервалах проводимости от 60 до 120 эл, град и на тактовых интервалах закрытого состояния от 240 до ЗОО эл, град формируют разноименные с соответствующим полупериодом управления модулирующие сигналы управления, количество 1 которых внутри каждой половины тактового интервала последовательно уменьшают с ростом выходной частоты преобразователя Е путем изменения длительностей основных и модулирующих управляющих сигналов, формируемых в тактовых точках, причем на начальной выходной частоте, Ео упомянутые тактовые интервалы разбивают на четное и количество подинтервэлов, в середине каждого из которых формируют упомянутые модулирующие сигнэль 1 управления, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения преобразователя в процессе связанного ре/гулирования частоты и величины напряжения, осуществляемого в диапазонеЕо ЕпВыхОДных частот Го --- , в Диапаэонв1,6 ЕоЕо Епчастот Го -- Е в центРах Указанных2 Еотактовых интервалов формируют модулирующие сигналы управления с продолжительностью, равной 1/ЗОЕ (12 эл. град), длительность упомянутых тактовых,подин 0,8тервалов принимают равной 6, на6 Еопкаждой половине тактового интервала начало каждого первого и конец каждого последнего тактового подинтервалэ синхронизируют соответственно с началом тактового интервала, с границами упомянутого центрального модулирующего сигнала управления и с концом тактового интервала.при этом весь диапазон регулирования раз бивают на поддиапазоны, при повышениивыходной частоты преобразователя переход от нечетного количества модулирующих сигналов управления, формируемых внутри каждого из крайних двадцатичетырехгра дусных участков тактовых интервалов, к четному производят на частотах Е, а переход от четного числа упомянутых сигналов к нечетному - на частотах Е, на частотных поддиапазонах ЕЕЕ;+1 длительность 15 модулирующих сигналов управления определяют как1 1 2 Е,- ), на частотныхподдиапазонах ЕЕ Е +1 в центрах упо мянутых двадцатичетырехгрэдусных участков формируют модулигующие сигналы управления с длительностью0,8 1,611 - 1 Е+ 1,6 Ео12 Ео Еп25 тельность остальных модулирующих сигналов управления определяют в соответствии0,8 Е - 0,8 Еос заВисимостьюб Ео Епзначения граничных частот, переходных от одного поддиапазона регулирования к другому. находят кэк1 Ео Еи2 Г-Т)Е . 2 Епа в диапазоне выходных частот преобразоЕоЕп . ЕоЕпвателя в , - - в . , - в центрах тактовых2 Ео 13,О Еоинтервалов синтезируют по Одному модулирующему сигналу управления с длительно 1 16 Еостью 1=О-г- --- , где Е и Ео -Ео Еп45 соответственно текущая и номинальная (минимальная) амплитуды питающего преобразователь напряжения.Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 П оизвпдс в нно.издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101