Способ управления преобразователем с широтно-кодовым регулированием

СОВХОЗ СОГЗЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИГСКИХ РЕСПУБЛИК 7570 бЗ А 1)5 Н 02 М 7/48 БГННЬЙ КОМИТЕТТЕНИЯМ И ОТКРЬТИЯССР ГООУДАР ПО ИЗОБ ПРИ ГКН К АВТОРСК ВИДЕТЕЛЬС Изобретение относится к силовой электронике и может быть использовано при м управлении вентильными преобразователя- р ми, питающими индивидуальные или груп- . и повые системы частотно-регулируемого с асинхронного электропривода, .:. щИзвестны алгоритмы 120- и 150-градус- и ного управления трехфазными мостовыми л преобразователями, обеспечивающие срав- в нительно хороший гармонический состав т кривой выходного сигнала, форма которой ж однако в этих случаях существенно зависит ч от характера и параГиетров нагрузки, что ю ограничивает широкое применение подо- в бных алгоритмов управления в преобразо- в вателях для электропривода. н(71) Отдел энергетической кибернетики АНССР Молдова(56) Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием,-М,: Энергия,197732-1,Авторское свидетельство СССР М1361692, кл, Н 02 М 7/48, 1987,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ С ШИРОТНО-КОДОВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ(57) Сущность изобретения: способ управления заключается в периодическом включении и вьгключении с взаимным фазовымсдвигом в 60 эл, град основных вентилейтрехфазного мостового преобразователя,Зоны проводимости и открытого состоянйявентилей составляют по 180 эл. град, Внутри крайних тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей каждои зоны управления формируются модулирующие сигналы управления, количество которых внутри каждого упомянутоготактового интервала на начальной выходной частоте Г равно О. В диапазоне выходных частот преобразователя Е 0-О/2 Г в центральной части упомя: нутых тактовых интервалов формируют дополнительные модулирующие сигналы управления с Продолжительностью в 12 эл, град, Связанное регулирование частоты и величины напряжения по экономическому закону Ц/Г=-сопй осуществляется при этом за счет непрерывной поэтапной вариации длительностей крайних на 24-градусных участках основных и модулирующйх сигна- лов управления в функции текущей и начальной выходных частот, величинь 1 диапазона регулирования и амплитудьг йитающего напряжения, 4 ил,Известен также инвариантный к параетрам нагрузки способ 180-градусного упавления трехфазным мостовым реобразователем, характерной особеннотью которого является то, чтомодулируюие управляющие сйгналы, количество и родолжительность которых определяет веичину выходного напряжения преобразоателя, формируются внутри крайних актовых интервалов 60-градусных продолительностей (в общем случае на.начальной астоте Е 0 формируется внутри соответствущих подинтервалов и сигналов), входящих состав положительного полупериода проодимости каждого вентиля и о 1 рицателього полупериода закрытого состояния.Однако при широкодиапазонном регулировании выходной частоты преобразователя последовательное изменениеколичества выходных импульсов в полуволне выходного напряжения осуществляетсядискретным путем и приводит к появлениюнежелательных бросков тока в силовых цепях в моменты перехода от одного поддиапазона регулирования к другому,Целью изобретения является повышение качества процесса регулирования преобразователя зэ счет плавной безударнойвариации формы выходного напряжения входе связанного регулирования частоты Г ивеличины выходного напряжения по законупостоянства отношения величины напряжения к частоте в диапазоне выходных частотГоп Етуг;Приуправлении по способу, при котором основные вентили разных фаз и групппреобразователя периодически включают ивыключают с взаимным фазовым сдвигом в60 эл. град в последовательности+А, -С, +В,-А, +С, -В, прц этом для каждого вентиляформируют положительные полупериодыпроводимости и отрицательные полупериоды закрытого состояния, каждый из которыхсостоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, внутрй крайних на полупериодах тактовых интерваловформируют модулирующие сигналы (импульсы) управления, продолжительность ко торых определяет величину выходногонапряжения преобразователя, причем наначальной выходной частоте Гб тактовыеинтервалы разбивают на четное количество:. подинтервалов, в диапазоне частоти Е ГоГо 2 Е В центрах указанныхтдктоЯ.вых интервалов формируют разноименныес соответствующим полупериодом дополнительные сигналы управления с продолжительностью 1/ЗОГ, длительность тактовыхподинтервалов определяют как 0,8/6 Гоп, аформирование модулирующих сигналов управления осуществляют в серединах тактовых подинтервалов, середины крайних наинтервалах 24-градусных участков синхронизируют с серединой соответствующегоцентрального на половине тактового интервала тактового подинтервэла(при нечетнойвеличине и/2) или с концом и началом соответствующих центральных на 24-градусныхучастках тактовых подинтервалов (при четном значении и/), при этом на частотныхподдиапазпнах Г; Г -. Г 2, внутри указанных 24-градусных участков. формируют помодулирукхцих сигналов управления с дли тельностью Я =- ф- ( - - ), нэ час 0,8 1 2 Ь21 Г Гоп Етотных поддиэпазонах на краях 24-градусных участков формируют сигналы 5 управления с длительностью) 0,8 0,8( - 2 Ц- 1)Е +0,8 Ео24 Г 12 Го и Е Т - Т) значениодного игому Гграничных частот, переходны ддиапазона регулирования к Г ), находят какГоп Е 1 - 1 т"-зЯЫЬ;в диапэзо, е выходных частоти Е Го и Е Го2 Ео 1.6 Еотеля ----- , в центрах тактовыхинтервалов синтезируют по од, рующему сигналу управления преобразованому модулис длительностью1 16 Ео30 о г и Е Гогде Е и Ео - соответственно текущая и минимальная (номинальная) амплитуды питающего преобразователя напряжения.На фиг. 1 приведена схема основныхсиловых соединений трехфазного мостового преобразователя, выполненного на полностью управляемых вентилях; на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие элгбритмы формирования управляющих сигналов и кривой линейного выходного напряжения преобразователя; на фиг. 3 - функциональная схема системы управления преобразователем; на фиг, 4 - временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, 45 Временная диаграмма (фиг. 2 а) показывает форму управляющего сигнала Оу, синтезируемого в течение положительного полупериода проводимости вентиля +А на начальной выходной частоте Г,. Ниже построена соответствующая кривая линейного выходного напряжения преобразователя Одв, В соответствии с алгоритмом формирования управляющих сигналов по предлагаемому способу для каждого вентиля на всем диапазоне регулирования положительный полупериод проводимости и отрицательный полупериод закрытого состояния разбиваются на три равных тактовых интервала продолжительностью 60 л. град каждый. Пр этом формирование модулирующих сигн а продолжительность остальных (1-2) и сиг 10 0 налов управления определяют в соответствии с зависимостьюлов управления, разноименных с соответствующим полупериодом управления, от продолжительности которых зависит величина выходного напряжения преобразователя, осуществляется (фиг, 2 э) внутри крайних 5 тактовых интервалов каждого полупериода; Специфической особенностью сйособэ управления является наличие на большей части диапазона регулировайия в середи нах тактовых интервалов дополнительных 12-градусных сигналов управления,разноименных с соответствующим полупериодом, Оставшийся 48-градусный участок внутри каждого тактового интервала, состо ящий из двух симметричных частей. разбивают на начальной частоте Г, на и отрезков (поди нтервалов) с дл ител ьн остью, равной 48/и эл. град (фиг, 2, кривые соответствуют варианту п=.8), В середине каждогоиз отме ценных снизу дугами тактового подинтервэ- ла формируются модул ирующие управляющие сигналы, количество которых на начальной частоте внутри каждой половины тактового интервала равно и/2. 25Общий диапазон связанного регулиро-вания величины и частоты выходного напряжения преобразователя по экономичному закону с постоянством отношения величи-ны напряжения к частоте для способа суче том фл юктуации пита ю щего напряжения составляетГо и Е1,6 Еогде Е и Ео - соответственно текущая и 35 минимальная (базовая) амплитуды питающего напряжения.При этом в диапазоне частот Го и Е Горегулирование выходной. частоты 40Еоосуществляется за счет непрерывной. поэтапной вариации продолжительностей основных и модулирующих сигналов управления, формируемых по краям каждого 24-градусного участка соответствующих 45 тактовых интервалов, Процесс регулирования при этом проходит двухэтапно по двум основным опорным алгоритмам, при этом граничные значения чэстст, переходных от одного поддиапазона регулирования к дру гому, определяются какГ Гои Е( - 1)7 ( - Т):7 Е;Гои Е( - 1)г- .Ц:2 я,.-2 55 причем Г,Г 1 - количество формируемых внутри указанных участков модулирующих сигналов управления. При этом середины 24-градусных участков синхронизируются ссерединой соответствующего центрального так 1 ового подинтервала (при нечетной величине М) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подинтервллов (при четном значении Н).На поддиапазонах регулирования, на которых Г;Г Г;2, продолжительность модулирующих сигналов управления определяется как0,8 1 2 Е,12(Г. Гои Е )(подобным поддиапазонам соответствуют кривые, построенные на фиг. 2 э, в). Внутри поддиапазонов регулирования, соответствующих выходным частотам ГГГ по краям 24-градусных участков формируются модулирующие сигналы управления с переменной длительностью08 08( - 1 Д - 2)Е +08 Ео24 Г 12 Го и Е( - 1)а продолжительность Хостальных (-2)-и модулирующих сигналов при этом равна (фиг,2 б)0,8(- 1 Е - 0,8 ЕобГоиЕ( - Т)В диапазоне верхних выходных частотпЕГо п Е Гопреобразователя 2 Е Е в процес 2 Ео 1,6 Еосе повышения частоты начинает плавноуменьшаться продолжительность центрального на тактовом интервале дополнительного модулирующего сигнала управления,и Е Го 1которая при Г2 Е - равнялась Г (122 Еоэл. град),Указанное изменение осуществляется1 16 Еопо зависимости 1 = --- (фиг, 2 г),ог иЕГ,величина Х снижается до нуля нэ верхнейпЕГовыходной частоте Г= 1 .Е (для и=8 ипри Е=Ео Г=5 Го). при которой величинавыходного напряжения принимает максимальное значение,Формирование в серединах тактовыхинтервалов на большей части диапазона регулирования сигналов 12-градусных продолжительностей обеспечивает в этихрежимах полное исключение из спектра выходного напряжения пятой гармоническойсоставляющей, что заметно улучшает гармонический состав выходной кривой, Указанный принцип формирования управляющихсигналов, существенной особенностью которого является непрерывноеотождествление (кодирование) продолжительностей крайних внутри участков основных и модулирующих управляющих1757063 9, причем парятегры интегратора 9 и ампОз- максимальная амплитуда сигнала гесигналов с основным массивом импульсов, литуда выходных разнополярных сигналовза счет чего осуществляется плавный без- блока 15 подбирается так, что крутизна сигударный переход от одного поддиапазона налов Оз и Оя идентичная, Начальной уставуправления к другому, может быть поэтому кой выходных состояний указанныхопределен как широтно-кодовый, 5 элементовприэтомдолжнаобеспечиватьсяПрименительноканализируемому(фиг, максимальная амплитуда сигнала О 6 при2) варианту(п=8, Е=Ео), расчетные величины минимальной величине напряжения Оз.граничных частот принимают следующие На период времени, когда величина сигзначения;нала Озпревышаетуровень напряжения надля 1=4 Е 4=1,09 Ео, Еу=1,71.Ео, 10 выходе усилителя 5, компаратором 7 выдадля 1=2 Е 2=-Е 2=-4 Ео т. ется команда на переключение ключа 11,Продолжительности модулирующих после которого размыкается цепь конденсасигналовЛ для частотных поддиапазонов Ео" тора 10 и подключается на выход блока 9ЕЕ 4 и Е 2 ЕЕ 4,атакжедлительностисигнал О 6. Благодаря приведенной схемеЛ и Л наподдиапазоне Е 4 Р Е Е 4 опреде соединенияузлов 5-15 на выходе интеграляются пбдстановкойсобтветствующихзна- тора 9 (фиг, 4),формируется симметричноеченийв соответствующие -указанные пилообразноенапряжение Ов с повторяювыражения,. щимися интервалами .постоянного уровня,Функциональнаясхема системы управ-равного амплитуде Ов с продолжительноления фиг 13) реализует режим управления 20 стью 12 зл, град; на центральных участкахсогласно способу для варианта п=6, Е=ЕО, тактовых ийтервэлолв,йафиг.4 приведены временныедиаграммы Указанный сигнал О 9, являясь основее работы. В этой системесвыходйойт-сигнал ным разгвлсргтываюгщим напряжением в сисО 1 блока 1 задайия частоты поступает натеме, поступает на входы компарирующихвход генератооа 2 тактовыхимпульсов, фор узлов 16-18, на выходах которых включены, мирующего последовательность импульсов, цепи формированйя коротких однополяр частота следования которых на всем диапа- ных импульсов. На другие входы компарирузоне регулирования в 12 раз превышает вы- ющих узлов 16-18 поступают сигналы сходную частоту преобразователя. выходов сумматоров 13 и 20 и усилителя 21Указанные сигналы поступают на вход гене с коэффициентом передачи 0,5, на входыратораЗлинейноизменяющегося"найряже- которого приходят сигналы с источника 22ния, сйнхртонирзируя его работу, благодаря опорного напряжения и интегратора 23, Вчемуна выходе генератора 3 формируется момент равенства сигналов на входах узлов(фиг. 4) симметричное в обе стороны напря-18 сйстемой синтезируются командыжение Цз шестикратной частоты по сравне (короткие импульсы) на формированиениЮс выходйым сигналом фронтов выходных импульсов, которые чепреобразователя, ампли туда которогорез элемент ИЛИ 24 поступают на входсчетуменьшается пропорционально росту вы- ного триггера 25, связанного своиммодной частоты и постоянно фикСируется выходомсинформационнымвходомлогичедатчиком 4 амплиттуды,40 ского распределителя управляющих имС выхода датчика 4 сигнал, пропорцио- пульсов на вентили преобразователя 26.нальный амплитуде напряжения Оз, посту- Выход триггера 25 связан также с конпает через усилители 5 и 6 на входы денсатором 27, выделяющим постояннуюкомпараторов 7 и 8, в которых сойоставля- составляющую последовательности иметсясоответственно с выходными напряже пульсных сигналов с выхода триггера 25.ниями Оз генератора 3 и Оу интегратора 9, Напряжение конденсатора 27 поступает дав цепь накопительного элемента 10 которо- лее на делитель 28, в котором осуществляго включен двухпозиционный ключ 11, уп- ется его деление на аналоговый сигналравляемый выходнымсигналом задания частоты О 1, в результате чего накомпаратора 7. Коэффициенты передачи 50 выходеделителя 28 всоответствующеммасусилителей 5 и 6 соответственно равны 0,8 штабе формируется напряжение, пропорции 0,4. На выходе интегратора 9 включен по- ональное суммарной на полупериодероговый узел 12, Фиксирующий минималь- длительности выходных импульсов. Этотное (нулевое) значение напряжения О 9, сигнал поступает далее на минусовой входкоторый через уе 1 ент ИЛИ 13 связан с 55 интегратора, связанного вторым плюсовымвходом счетного триггера 14, подключенно- . входом с источником 22 опорного напряжего своим еыкплгтгк к гоммутатору 18 попяр,8 15 атнОсти аарялноапрягкения интегратора щула которого -25=, гРения, амплитнератора 3, наблюдаемая на начальной вы- Оз,п 2ходной частоте преобразователя. Благода- зо( ) = - - - . По сигналу компаратораря приведенному включению аМплитуда. 29 происходит замыкайиеключа 31, послесигнала на выходе интегратора 23 пропор- чего в компарирующем узле 32 начинаетсяциональна величине (1- А) - длительности 5 сопоставление текущего значения сигйалаосновных выходных импульсов кривой вы-Оз с напряжением, снимаемйм с второгоходного напряжения, а Сигнал на вь 1 ходе выхода источника 30 и определяемым каксуммирующего усилителя 21 пропорциона,8 О;ь 2лен половинной продолжительности 1 мо-фдулирующих сигналовуправления 10 На вход трехразрядного регистра 33 наВ процессе связанногорегулированиявсем диапазойе регулирования постуйают. частотыи величины:напряженияпреобразо- . импульсы с вь,хода гейератора 2 тактовыхвателя контур внутренней обратной связи импульсов, Выраженные в цифровой формесистемы,включающий узлы и блоки 23, 25, состояния выходных разрядов Оз 02 01 ре 27 и 28; обеспечивает на диапазоне регугистра 33 на периоде выходной частотылирования от начальной частоты Е до : (фиг. 4) записываются соОтветственно какЕ, и:," .;-:,.100, 001, 000, 101,110, 111, эти сигйалы по 2 Р ".:, ".: . ступают на тактовые входылогического рас-по астатическому принципу, формирова- пределителя 26, Логические функции,ние корректирующего Сигнала, гоступаюреализуемые распределителем 26 и постущего на входы сумматоров 19 и 20 и. : пающие в форме управляющих сигналовнанепосредственно накомпаратор 18 и авто- . соответствующие"вейтйли,"имеют приэтомматически иоддерживающего постоянствО: видсуммарной вольтсекундной площади вьйод- Р . " -А=-0103+010202 Б+010 ЗО 2 б;ных импульсов на полупериоде в процеСсе 25изменения вьгходной частоты . : . +В.01020 з 401 ОЗО 29 0102025+0102025+043При этом на указанном диапазоне авто- Ор:матически выпол;1 яется реализация пред-., " фС=О 102010 зО 2;,+010202 Б,ставленных функциональных завйсимостей " .: Таким образом, предлагаемый способмежду продолжйтельностями сигналов уп позволяет обеспечить плавное безударноеравления, их временным положениеми те-:,. изменение формы выходной кривой на всемкущими значениями выходной частоты: ;:диапазоне регулировайия. преобразовате преобразователя:, а также автоматический -" .. --и Е Епереход от одного поддиапазона регулиро- :ля, обеспечивая при этом в зоне Гя-вания к другому, наблк 1 даемый на указан полное устранение в спектревыходногонаных граничныхчастотах Г; и Г .:, пряжения наиболее нежелательной пятойГ и,.- , .гаРмонической составллющей, пРичемНачиная с частоты Г з - , величиз 1 величи. .: обеспечивается это наиболее простым пуна сигнала О 2 о превышает амплитуду пило-: тем без дополнительных коммутаций вентиобразного напряжения Ол, на полупериоде 40 лей силовой схемы, вызывающихкривой линейного выходного напряжения допол нител ьн ые потери электрической.синтезируется при этом по три импульса.: энергии; Тем самым устраняются нежелаВеличина сигнала 021 на выходе усилителя тельные броски тока в силовыхцепях преоб 21 при дальнейшем увеличении частоты по- ": раэователя и нагрузки, "что существенноследовательно снижается, достигая нулево- повышает качество процесса преобразоваГ, и ниЯ электРической энеРгии, а также надежо з е я на частоте Г = - =0,8 Гв ность функционирования мощныхПолуволна выходного сигналапреобразова- вентильных преобразовательных систем ителя после этого момента и до максималь- систем частотно-РегулиРУЕмого эектроГ, и 50 привода в целом,ной частоты Г= - формируется из трех . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яимпульсов на полупериоде.Способ управления преобразователемс широтно-кодовым регулированием, зауказанный момент фиксируется логиче- . ключающийся в том, что основные вентилиским узлом, состоящим из компаратора 29, 55 разных фаз и групп преобразователя перина один вход кбторого приходит сигнал-с- -одически включают и выключают с взаимвыхода датчика 4 амплитуды, а на второй ным фазовым сдвигом в 60 эл, град впоступает постоянное напряжение с перво " - последовательности +А, -С, +В, -А, +С, -Вго выхода источника 30, определяемое как при этом для каждого вентиля формируютположительные полупериоды проводимости и отрицательные полупериоды закрытого состояния, каждый из которых состоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, внутри крайних на полупериодах тактовых интервалов формируют модулирующие сигналы управления, причем на начальной выходной частоте Го тактовые интервалы разбивают на четное и количество подинтервалов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью иовышения качества процесса широкодиапазонного регулирования преобразователя за счет плавной безударной вариации формы выходного напряжения в ходе связанного регулирования частоты Г и величины выходного напряжения по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте в диапазоГо и Ене выходных частот Го- --- :., в диапазо 1,6 Еои Е Гоне частот Г, -- - - в центрах указанных2 Еотактовых интервалов формируют разноименные с соответствующим полупериодом дополнительные сигналы управления дли 1тельностью Г, длительность упомянутых тактовых подинтервалов определяют0,8как - - - , а формирование модулируюб Гопщих сигналов управления осуществляют в серединах тактовых подинтервалов, середины крайних на упомянутых тактовых интервалах 24-градусных участков синхронизируют с серединой соответствующего центрального на половине тактового интервала тактового подинтервала при нечетной величине и/2 или с концом и началом соответствующих центральных на 24-градусных участках тактовых подинтервэлов при четном значении и/2, при этом на час тотных поддиэпазонах ГГГ н 2 внутриуказанных 24-градусных участках формируют помодулирующих сигналов управления08 1 2 Е,длительностью Л = (. - ) на, Гоп Е10 частотных поддиэпазонах ГГ Гнэ краях упомянутых 24-градусных участков формируют сигналы управления длительностью 0,8 0,8 (- 1 (- 2 Е + 0,8 Е,15 24 Г 12 Го и Е-а длительности остальных (1-2)-и сигналовуправления определяют в соответствии с зависимостью0,8(-1 Е - 0,8 Ео20 бГоиЕ)значенИя граничных частот, переходных отодного по,щиапаэона регулирования к другому (ГГ ), находят какГоп Е- 125 Г - 2 , ), +Г Го и Е ( - 12( - 1 ГЕ - 2 Еов диапазоне выходных частот преобразоваи Е Го и Е Го30 теля --- , в центрах тактовых2 Ео 1,6 Еоинтервалов синтезируют по одному модули. рующему сигналу управления длительно 1 . 16 Еостью Л =- , где Е и Ео -35ог пЕГосоответственно текущая и номинальная минимальная) амплитуды питающего преобразователь напряжения,1757063 Составитель О.ПаТехред М,Моргент в орИШ Корректор НКороль ла 1 ТСпри зводственно издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 3097 Тираж