Способ управления мостовым преобразователем в пусковом режиме

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ РЕСПУБЛИК 7 4 5)5 Н ОБРЕТЕНИЯ : А АТЕН кой кибернетик В.Пузако ики АН ельствоМ 7/48, 1 ельствоМ 7/48, 1 МолдовыСССР988,СССР989. ИЯ МОСТОВЫМ ПУСКОВОМ РЕ(54) СПОСОБ УПРАВЛПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМЖИМЕ(57) Способ управлениградусном алгоритмеравления трехфазн я базируется на 180 несимметричного уп ым одномостовым Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовао при построении систем управлениярехфазными мостовыми преобразователями, питающими системы частотно-регулируемого электропривода,Целью изобретения является повышение качества и увеличение надежностиосуществления режима пуска преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель,На фиг,1 изображена упрощеннаяструктура силовых цепей трехфазного вентильного мостового преобразователя на базе инвертора напряжения на полностьюуправляемых ключах, нагруженного наасинхронный двигатель АД; на фиг. 2 - полная регулировочная характеристика преобн т ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Отдел энергетиАН ССР Молдова(56) Авторское свидетМ 1554094, кл, Н 02Авторское свидетМ 1646030, кл, Н 02 Ы,1816341 АЗ преобразователем, при котором основная последовательность модулирующих сигналов управления формируется асимметрично центрам полупериодов управления внутри средних на полупериодах тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, а продолжительность сигналов управления в номинальном режиме обеспечивает постоянство отношения величины напряжения к частоте. В пусковом режиме управления модернизированные функциональные зависимости,связывающие параметры управляющих сигналов с каждой точкой диапазона регулирования, обеспечивают требуемое относительное превышение величины выходного напряжения, плавно снижающееся до нуля в точке выхода на номинальный режим работы, 1 з.п, ф-лы, 4 ил. разователя; на фиг, 3 - временные диаграм- СО мы, иллюстрирующие процесс формирования управляющих сигналов; на фиг, 4 - О блок-схема системы управления преобразователем.Одним из наиболее экономичных и час- ф" то использующихся законов управления преобразователями для систем частотно- регулируемого электропривода является закон рвгуянроввння с постоянством )( В отношения величины выходного напряжения к частоте, При этом величина напряжения, как показано на фиг,2 для номинального М-кратного диапазона выходных частот МР-ММЕуу, растет прямо и ропорционально с увеличением выходной частоты . Р преобразователя. Процесс регулирования преобразователя на базе автономного ин1816341 нност 12 ( - 1)(2- 1 Р =2- 1)(2- 3 тотР РР"их сигналов упИ - 1л-дых РР РЛ находятся ка для,диапазонов час ности модулирующ длительравления поддиаеделяются как азонах, при ко ительности Л продоластотыго подР, 40одолжицен жае,ая к- 1) М й вертора напряжения в этом случае, в соответствии с базовым способом, обеспечивающим плавное безударное изменение формы выходной кривой, осуществляется по двухэтапному алгоритму, за счет постоянной поэтапной вариации длительностей сновных и модулирующих сигналов управления, формируемых в тактовых точках, расположенных в серединах тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей. Границами между поддиапазонами регулирования являются частоты Р и Р" . Модулирующие сигналы управления, разноименные с соответствующим полупериодом управления, формируются в крайних правых частях тактовых подынтервалов протяже ью к= , начало первого1из которых и конец последнего иэ которых синхронизируются с началом и концом тактового интервала, На поддиапазонах управления я, и ри которых Р" РР+ регулирование осуществляется эа счет изменения продолжительности ближайшего с левой стороны к центру основного сигнала управления (как показано стрелками на фиг.З;а), длительность модулирующих сигналов управления варьируют здесь в зависимости от текущих значений выходной частоты преобразователя Р и от количества 1 формируемых в направлении от конца к середине тактового интервала модулирующих сигналов в соответствии с выражением6(21 - 1) Р 1=М М При увеличении выходной рхней частотной грацией так апазона является частота 2 (1 - 1) (21 - 1) - 1 телъность упомянутого близкого основного сигнала управления с до близкого к нулю значения. Внутри поддиапазонов управления, при которых Р Р Ж ", внутри (1-1)-и правых и (1-2)-и левых от середины полупериода тактовых подынтервалов формируются модулирующие сигналы управления с длительностью Л, изменяемой по зависи 2-3 мости Л 12 ( 1) - М 1 , а продолжительность модулирующего сигнала, формируемого в правой части интервала между укаэанными подынтервалами, находит 1 2 - 1 2 - .3+1ак Х =д=(фиг,З, б). Верхняя граница таких поддиапаэонов наблюдается на частоте 12 (3 - 1) (2 - 3) + 1В пусковом режиме работы преобразователя, начиная с начальной пусковой частоты Р и до частоты МР, соответствующей 10 выходу на номинальный режим, практически необходимо обеспечить повышенные по сравнению с номинальными величинами амплитуды выходного напряжения, Наиболее целесообразно при этом величину на- "5 пряжения преобразователя в пусковомдиапазоне Рп - МБ поддерживать, как показано на фиг,2; повышенной и постоянной.Режим формирования управляющихсигналов на вентили преобразователя при.20 этом видоизменяется. Вгышеупомянутыезначения граничных частот, переходных от одного поддиапаэона регулирования.к другому, определяются соответственно как: 21-3 12(1 - 1) РЙ 6 Ь М НГраница указанного здесь пускового режима достигается на частоте РоМ, после которой формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя производится по описанным выше базовым законам регулирования в номинальном режиме,На фиг. 3 построены временные диаграммы управляющих сигналов Оу нэ вентиль +А и линейного выходного напряжения преобразователя Одв соответственно для двух упомянутых поддиапазонов пускового режима, Кривые фиг.З,а относятся к поддиапаэонам, на которых РЮР+1, а циклограммы сигналов на фиг.З,б иллюстрируют паддиапазоиы регули 1816341рования при Е ЕЕ ", Так, задаваясь конкретными значениями М=2 и М=б, суммарная величина диапазона регулирования преобразователя составит М И=2 6=12, При этом от частоты Еп до МЕо=2 ЕП формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя будет осуществляться в соответствии с заявляемым законом пускового управления, а от частоты 2 Еп до частоты Мй Еп=12 Г режим связанного регулирования частоты и напряжения должен соответствовать номинальному закону управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте. Обозначенное выше начальное число модулирующих сигналов управления находится при этом для четного значения за Й как в ч 1 -7М й2 (в случае нечетной величины произведения М Й начальное значениеопределяетсяМ И+1как ). При этом при четных М И первой граничной частотой будет Е 1, а при нечетных М М-ГГ.Соответственно для конкретного анализируемого варианта (М=2, К=6).для 1=7: при Гп Е Е 7 = 7166 1 1БЧ Еп М 2 ( - 1) Е 21 - 3 БР;м впри Е 5 Е СЕ 5 = - Еп47281 1 1, 47 7Л= ---- ,Л = --- ;72 Еп 4 Г288 Е 72 Ео37для 1=4 при Е 5Г ( Е 4 = - Гп21252 Е5 при Е 4Е 2 Е1 1 11 Л, 35 5Ео 3 Г/216 Е 72 Ед10 После достижения выходной частотыМЕп=2 Еп, граничной между пусковым режимом и режимом номинального регулирования, формирование управляющих сигналов на вентили преобразователя 15 осуществляется по зависимостям, характеризующим режим номинального управления, В частности, на частотном поддиапазоне20, 2(1 - 1)М М Гп 72 2 (3 - 1) (2 - 3) + 1 31 2 - 3 525 12(1 - 1) Еп М й 432 Епб Р 12- ) Ро М М1 3130Таким образом, на граничной частоте2 Еп продолжительности модули рующих сигналов, определяемые по каждой из четырех вышеприведенных зависимостей, равны между собой и тождественны значе 5432 ЕпНачиная с частоты Е=МЕп=2 Еп процессдальнейшего увеличения выходной частоты преобразователя вплоть до верхней выходной частоты ММЕП=12 ЕП сопровождается формированием управляющих сигналов в соответствии с вышеприведенными зависимостями; характеризующими номинальный закон управления с постоянством отношения величины напряжения к частоте.Для улучшения спектрального состава выходного напряжения преобразователя в процессе пуска может быть использован принцип формирования дополнительных компенсирующих импульсов; При этом на периоде выходной частоты, внутри интервалов 0.30(150- Л/2 180)180;180-210 и (330- Л/2)-360 зл.град формируются дополнительные модулирующие сигналы управления, При этом местоположение ближних к границам полупериодов фронтов -х по счету дополни 1816341 8тсльных модулирующих сигналов на интервалах 0-30 и 180-210 эл,град опреде 60( - 1 Г ляем соответственно как иР М й60 - 1 Г; эл,град а на других интервалах указанные ближние к границам полупериодов фронты формируют путем сдвига на 60 эл.град в сторону опережения ближних к середине полупериодов Фронтов соответствующих основных модулируюних сигналов управления с продолжительностью Я,Продолжительность у дополнительных модулирующих сигналов определяется как р-.0,27 (ю-Х), она вызывает соответствующее, как показано пунктиром на кривой Одв на фиг. 3, изменение формы выходного напряжения, что позволяет обеспечить в пусковом режиме значительное, вплоть до нулевых значений, уменьшение амплитуд пятой и седьмой гармонических составляющих спектра выходного напряжения преобразователя и улучшить тем самым качество протекания режима пуска питающегося от преобразователя асинхронного двигателя, крайне чувствительного на пусковых частотах к возмущающим воздействиям,Обобщенная блок-схема системы управления преобразователем, реализующей требуемую последовательность формирования управляющих сигналов на вентили преобразователя, представлена на фиг.4, Система выполнена по вертикальному принципу, в качестве элементной базы здесь наиболее целесообразно использовать цифровую микроэлектронику. Выходной сигнал О 1 блока 1 задания выходной частоты преобразователя, величина которого прямо пропорциональна значению частоты, поступает на входы тактового генератора 2 и. функционального М й-канального по выходу преобразователя 3. Частота следования импульсов генератора 2 определяет частоту выходного сигнала блока развертки 4, которая при этом на всем диапазоне регулирования в 6 раз выше выходной частоты преобразователя,. Сигнал блока 4 постоянно сопоставляется в блоке формирования управляющих импульсов 5 с выходными сигналами Оз функционального преобразователя 3, величина которых пропорциональна текущим значениям положений фронтов а- а 2- 1 управляющих импульсов внутри тактовых интервалов (см, временные диаграммы на фиг,3), Указанные значения а предварительно определяются расчетным путем в соответствии с вышеуказанными зависимостями, характеризующими режим проведения рассматриваемого способа управления, В моменты равенства текущих значений сигналов блоков 3 и 4 блоком 5 вырабатываются команды на 5 формирование фронтов управляющих(и выходных) импульсов, которые распределяются по соответствующим вентилям трехфазной мостовой схемы при помощи .логического распределителя 6.10 Характерной особенностью структурысистемы управления, реализующей описанный режим несимметричного управления, является наличие специального канала на выходе блока 5, по которому, как показано 15 в выделенной части на фиг,4, осуществляется выделение тактовых импульсов в моменты равенства наименьшего по амплитуде выходного сигнала функционального преобразователя 3 и сигнала развертки. Указан нье импульсы Формируются при этом вмоменты, тождественные точкам О, 60, 120, 180, 240, эл,град на временной диаграмме,и синхронизируют работу трехразрядного регистра 7, выходы всех разрядов 25 которого связаны с тактовыми входами логического распределителя 6.Таким образом, описанный алгоритмформирования управляющих сигналов на вентили трехфазного преобразователя, 30 нагруженного на асинхронный электродвигатель, обеспечивает повышенное относительное значение выходного напряжения в пусковом режиме, улучшая тем самым качество и повышая надежность осуществления 35 процесса пуска, являющегося одним из самых ответственных динамических режимов в системах частотно-регулируемого электропривода переменного тока на базе преобразователей частоты инверторного типа с 40 неуправляемыми выпрямителями.,Ф о р мул а изобретения 1. Способ управления мостовым преобразователем в пусковом режиме при Й-кратном диапазоне связанного регулирования 45 частоты Р и напряжения по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте, заключающийся в том, что основные вентили разных фаз и групп преобразователя периодически включают и выключают с 50 взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град впоследовательности +А, -С; +В, -А, +С, -В, при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл.град формируют интервал проводимости венти ля, в течение другого полупериода - от 180до 360 эл.град формируют интервал закрытого состояния вентиля, внутри тактовых интервалов проводимости от 60 до 120 эл.град и внутри тактовых интервалов закрытого со 1816341 10игналоволовин считаядине,2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что на периоде управления внутри интервалов 0-30, (150-Э 2)-180, 180-210 и 330- -Л/2)-360 эл.град формируют дополнительные модулирующие сигналы управления с продолжительностью у = 0,27(г- ), местоположения ближних к границам полупериодов фронтов 1-х по счету которых на интервалах 0-30 и 180-210 эл,град определяют соответ 60 1-1 Р 60 -1 Рственно как и 180+ ) эл.град, на других указанных интервалах упомянутые ближние к границам полупериодов фронты формируют путем сдвига на 60 эл.град в сторону опережения ближних к середине полупериодов фронтов соответствующих основных модулиру;ощих сигналов управления с продолжительно 15 стью А. где т -длительностьоРпМЙтактовых подынтервалов. 1)(2- 3 стояния от 240 до 300 эл.град несимметрично относительно середин тактовых интервалов формируют разноименные с соответствующим интервалом модулирующие сигналы управления, количество которых 5 уменьшается с ростом выходной частоты пресэраэователя Е, причем на начальной (пусковой) выходной частоте преобразователя Ен каждый тактовый интервал разбивают на М Й подынтервалов 10 продолжительностью т=- - , а в процессе регулирования увеличения) выходной частоты формирование каждого -го по направлению от конца к середине такто вого интервала модулирующего сигнала управления (каждого (-1)-го от начала тактового интервала сигнала), каждый из которых формируется в крайней правой части соответствующего тактового подынтервала 20 с продолжительностью т, начало каждого первого из которых и конец каждого последнего из которых на. всем диапазоне регулирования синхронизируют соответственно с началом и концом тактового интервала, осу ществляют при изменении выходной частоты преобразователя от Еп до Еь при этом при изменении выходной частоты от Е+до Е "(Е+1 Е Е ) внутри каждого тактового подынтервала формируют модулирующие 3 сигналы управления с длительностью Х; при Е Е )Е " на каждой половине тактовых интервалов формируют по (-1)-п модулирующих сигналов управления с длительностью Х, амодулирующий сигнал 3 управления с продолжительностью Л синтезируют в середине каждого тактового интервала левее центра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества проведения и повышения надежности пуска трех фаэного преобразователя, нагруженного на асинхронный электродвигатель. в процессе пуска в диапазоне пусковых частот Еп-МЕо значения граничных частот, переходных от одного диапазона регулирования к другому, 4 определяют как ЕМ 2- 1 М - Ц2( ) при Е"ЕЕ+1 продолжительность А модулирующих сигналов управления принимают равной й - 1ф О6(- Г при Е -Е Е дл ность А основного массива модулирующих сигналов находят как1 1 1 Я р р) а и родолжи тел ьност расположенного в середине тактового интервала левее центра модулирующего сигнала управления определяют из функциональной зависимости где- количество модулирующих управления, формируемых внутри тактовых 60- градусных интервала от конца тактового интервала к сер1816341 Составитель В,ОлещТехред М,Моргентал Редактор Корректор П,Гере изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1652 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5