Способ управления трехфазным вентильным преобразователем

,;".1 НХР О 1.1 Ыез л,-,от и ,О 1 ЫВ;нных 1 ыхс 1 ных часто Г и по 1 1. Г 1";. - , -,;е о Гног ис ( Яле(Траех 11-"П ГГ 1 уг 1 ИВЛ- ш1;(. реоб 11 азователями,пц,1,, Сс,.-,: с.:Сте аинхронного1,1;-; 4.к брето.л - ГОвыгвение степе и и .: ,.". .;р 1 Ост 1 хода РВГулиоовочной хаш,;, - .:,;.:, - ;Оо:;;з вата я и улучВениег дс;": ":, (г", Вы;(Г 1 лного 11 авыгвение равномерности регулирования, Способ управления заключается в периодическом вклОчении и Выключении с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл, Град. ОСНОВНЫХ ВЕНТИЛЕЙ ТРЕХфаЗНОГО МОСТОВОГО инвертора, при этом интервалы проводимостп и закрытого состояния вентилей составляОт по 1(0 эл, град, Связанное вегу.Нровагв(е частоть, и величины входного с 1:гнала преобразователя осуществляют за Гчет постоянной плаьной вариации длительностеСигналов управления и пауз меяр 11 Г 11 Внутри тактовых интервалов 60 зл, Г., 11, продолжитель 14 остей, расположенных В середи;Ях зо 11 проводимости и закрыто;о состояп 11 я вентилей. Иовым В способе является то, что продолхкительность тактоВых по,Нитервалов, Внутри и посередине которых формируются сигналы (11 мпульсы) упраелс;Ия, на Всем диапазоне регулирован,л часгогы изменяется по гиперболической зависимости с соответствующим ВидОиз 1 енен 1 Ом функционяль 11 ых зависим 1 ктей, связ 1;1 ва 1 ощих параметры управля- ОВ;их сигналов с твкущими значениями ВьХодной частоты, 1 З.п, ф-лы, 5 ил. пряее 1 ьл Г ОЬлйсти и ыЧЯСТОТ,14 а фе Г,ПРодСТя аленыдиаГРЯ 11 мы, илюстрирующуГ 1 ровл 8 ния применительно1 гу прлтикратного реГулированивелу 111 ны Выходного напряжензовате 1 я ,К=5); на фиг, 2 - криния Р.Ос 11 тельной продолж15 45 тактовых подинтервалов; на фиг. 3 - функциональная схема системы управления, реализующей описанный способ; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие принцип ее работы; на фиг. 5 - структура логического блока системы управления,На временной диаграмме, построенной на фиг, 1 а и соответствующей начальной (минимально) выходной, частоте преобразователя Ео, показаны сигналы (импульсы) управления цу, поступающие на один из находящихся в проводящем состоянии вентилей катодной группы трехфазной мостовой схемы инвертора на тактовом интервале от 60 до 120 эл. град, и вызывающие на этом интервале его периодическое запирание. Ниже приведен соответствующий участок кривой линейного выходного напряжения преобразователя Овцх. В данном случае тактовый интервал от 60 до 120 эл. град. разбит на 5 тактовых подинтервалов одинаковой длительности то, равной 12 эл. град., внутри и посередине каждого из которых формируются управляющие импульсы протяженностьюИ - 1о =ой-12 4/5=9,6 эл, град, На тактовом интервале от 240 до 300 эл. град. аналогичным образом в серединах тактовых подинтервалов вырабатываются сигналы на включение вентиля.Рост выходной частоты Е преобразователя сопровождается соответствующим уменьшением абсолютной величины протяженности тактовых интервалов. Одновременно при управлении по описываемому способу в соответствии с соотношениемМ=о уменьшаетсяЕ/Ео (М Е )абсолютное значение. продолжительности тактовых подинтервалов. При этом на всем диапазоне регулирования начало каждого тактового интервала синхронизировано с началом соответствующего первого тактового подинтервала, а конец тактового интервала засинхронизирован с концом последнего тактового подинтервала. Формирование управляющих импульсов производится в середине каждого тактового подинтервала, Процесс регулирования частоты выходного напряжения инвертора сопровождается в этом случае постоянной поэтапной вариацией длительности пауз между всеми импульсами управления, а также длительности самих управляющих импульсов на центральных участках тактовых интервалов, в зоне наложения друг на друга серединных тактовых подинтервалов, фор 20 25 30 35 40 мируемых симметрично в каждой половине соответствующих тактовых интервалов. При этом для поддержания постоянства отношения величины выходного напряжения преобразователя к частоте на поддиапазонах регулирования, на которых в центрах тактовых интервалов формируются паузы, длительности сигналов управления варьируют в зависимости от значений выходной частоты и от количества формируемых сигналов 1 на каждой половине тактовых интервалов в соответствии с выраже 1 1 1нием Л - 12( Е Ро)На поддиапазонах регулирования, на которых в центрах тактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, продолжительность остальных сигналов управления также зависит от текущих значений выходной частоты инвертора и определяется из соотношения 6 РКР, Р,-Р) БМГО 21 - 1) Граничные значения частот Е и Е", переходных от одного из упомянутых поддиапазонов регулирования к другому, находятся из соответствующих функциональных зависимостей, включающих параметры Ео, М, 1,В связи с вышесказанным для рассматриваемого варианта на первом поддиапазоне регулирования выходной частоты преобразователя вверх от начального значения процесс регулирования осуществляется путем последовательного изменения продолжительности центрального на тактовом интервале импульса управления (см. стрелки на фиг. 1 а), производимом в соответствии с соотношением Х - -6,.11 -1 й Ео + Ео - Е 3 6 Ео й ( 2- 1 ) до частотыЕ 1 Гбгн+1 - -ОХд-и =МГгде 8=5, 1=3, Подставляя указанные значения, определяем величину первой граничной частоты Еф=1,7 Ео. В момент достижения выходной частотой преобразователя указанного значения Е 1 продолжительность центрального на тактовом интервале импульса управления уменьшается до нуля,На следующем поддиапазоне регулирования изменение выходной частоты преобразователя сопровождается изменением продолжительности центральной на тактовом интервале паузы между импульсами управления, длительность самих импульсовуправления, число которых внутри каждой половины тактовых интервалов равно двум (1=2), изменяется (уменьшается с ростом частоты) в соответствии с зависимостью 1 1 1 5), осуществляемой путемдвухстороннеймодуляции фронтов сигналовуправления, расположенных в серединах соответствующих тактовых подинтервалов. Указанному поддиапазону регулирования со ответствуют временные диаграммы, изображенные на фиг. 1 б. Продолжительность тактовых подинтервалов здесь продолжает последовательноо уменьшаться.Верхней частотной границей этого под диапазона является частота Фг--2" - ЖШН . Х ННни:Ю25 225 + 1 + ( 25 225 + 1 У 1 4н 22 115+- 22 1 44 "скак следует из кривых, приведенных нэ 20 фиг. 1 б, в этой зоне наблюдается незначительное перекрытие длительностей тактовых подинтервалов, формируемых в центральной части.Следующий подинтервал управления, на блюдающийся вдиапазонечэстот Е Е Е 2 = 444 4 н - 44 442-4 44 4-214 н 4 - 422 5.45 Гои характеризуется, кэк показано стрелками 30 на фиг. 1 в, последовательным изменением продолжительности Хцентрального на полупериоде сигнала управления35 6 Е И Ео+Ео - Г1 1 1 2 Го 6 Р М(2 - 1) бЕ ( бЕ, - Е )401 90 ГоНа этом поддиапазоне управления, как следует из кривых, приведенных на фиг, 1 в, в центральной зоне тактового интервала на блюдается заметное взаимное перекрытие центральных тактовых интервалов, сопровождающееся наложением (суммированием) формируемых внутри этих подин 50 тервалов сигналов управления, в результате чего центральный импульс управления в начальной нижней по частоте части поддиапазона имеет увеличенную длительность по сравнению с другими импульсами управления, которая постепенно уменьшается до 55 нуля при Г -5 Е 2. Продолжительность остальных сигналов управления упри этом находится из соотношения=Е 2=3,45 Ео.Для рассматриваемого варианта принято Е"=(Й - 0,5)Го=4,5 ГО. Продолжительность сигналов (импульсов) управления в серединах тактовых интервалов на рассматриваемом диапазоне регулируется в соответствии с Опорной функциональной зависимостью.Рб Г (И К, + Е- Е) 18 М ЕИзменение относ 15 тел,ной длительности тактовых подинтервалов г =- -- в проТо цессе регулирования преобразователя показано на фиг. 2, Минимаг 1 ьное значение т наблюдается на частоте э 8+1Е2Го =3 Ео и равно при этом4 И 4 5Тмин го То 05 й ТоП О(и+1)2сле достижения указанной частоты продолжительность Т тактОвых ПОдинтЕРвалов начинает повышаться.При ЕЕ 2 внутри тактовых интервалов формируется по два сигнала управления (1=1). Верхняя граница указанного поддиапазона регулирования, которому соответствуют временные диаграммы, приведенные на фиг, 1 д, наблюдается на номинальной выходной частоте преобразователя Ено 51=й Ео=5 Ео. Как следует из принципа осуществления описываемого способа управления, формирование двух дополнительных сигналов управления внутри каждого тактового интервала осуществляется вплоть до номинальной выходной частоты, что является неэкономичным с энергетической точки зрения. Поэтому целесообразно, как показано пунктиром на фиг. 2, начиная с граничной частоты Е 2=Г гран (с послеДнего нэ диапазоне регулирования значения Е) осуществлять линейное изменение продолжительности тактовых подинтервалов до частоты Г", выбираемой в диапазоне Г гоанЕИЕОПРОДОЛжИтЕЛЬНОСтЬ таК- товых подинтервалов в этом случае в диапазоне частот Егра 5 - Е" изменЯетсЯ в соответствии с функциональной зависимостью:.1 1 1 -1 1 112 Р КЕо 12 Е 5 Е 5при этом на частоте Е" достигается слияние двух сигналов управления в один удвоенной продолжительности, что отражено на фиг, 5 1 г. Полуволна линейного выходного напряжения формируется при этом из трех импульсов. Дальнейшее повышение выходной частоты преобразователя осуществляется при продолжительности тактовых подин тервалов, равной длительности тактовых интервалов, и сопровождается последовательным уменьшением длительности центрального импульса управления, проводимым в соответствии с зависимостью 15бР бИЕо 6 Е ЗОЕпри Е=ИЕо - -"5 Ео уменьшается до нуляРеализация описанного способа управления может быть осуществлена при помо щи системы управления вертикального типа, функциональная схема которой представлена на фиг, 3. Устройство включает в свой состав блок 1 задания частоты, величина выходногосигнала которого определяет 25 выходную частоту преобразователя, Сигнал блока 1 поступает на вход генератора 2 тактовых импульсов, а также на входы пере- множителя сигнала (квадратора) 3 и нормированного усилителя 4. Выход генератора 2 30 присоединен к входам трехрээрядного регистра 5 и генератора 6 линейно изменяющегося напряжения, выходы блоков 3 и 4 присоединены соответственно к минусовому и плюсовому входам суммирующего 35 усилителя 7, Источник 8 постоянного напряжения подключен через нормированный усилитель 9 к входу делителя 10, на второй вход которого поступает сигнал от усилителя 7. При этом, в делителе 10 осуществляется 40 деление сигнала, приходящего от блока 9, на выходной сигнал блока 7. Выход делителя 10 соединен с входами сумматоров 11- 15, источник 8 связан с минусовыми входами сумматоров 11, 13 и 15 и плюсовы ми входами сумматоров 12 и 14. Генератор 6 развертывающего напряжения связан-с датчиком 16 амплитуды напряжения и с входом блока формирования 17 длительностейимпульсов, 50Выход датчика 16 соединен с входом логического блока 18 и через ключ 19 с одним из плюсовых входов сумматора 20. Другие входы сумматора 20 соединены ссоответствующими выходами блока 18 и с 55выходом сумматора 11, которые связаны также с входами блока 17 формирования длительностей импульсов. Выход сумматора 20 присоединен к одному из суммирую щих входов (к минусовому входу) интегратора 21, другой плюсовой вход которого связан с блоком 22 опорного напряжения. Выходы регистра 5 и блока 17 подключены к входам логического распределителя 23 управляющих импульсов,Временные диаграммы, приведенные на фиг. 4, поясняют принцип функционирования схемы на протяжении полупериода выходной частоты преобразователя, Сигналы на выходах узлов и блоков системы управления обозначены на фиг, 4 индексами, соответствующими их цифровым обозначениям на фиг. 3.Изображенные на фиг. 4 временные диаграммы соответствуют начальной (минимальной) выходной частоте преобразователя с диапазоном пятикратного связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения, полуволна линейного выходного напряжения инвертора Оапек при этом формируется из одиннадцати импульсов на полупериоде. Начальная длительность выходных импульсов определяется величиной сигнала источника 8, которая для данной структуры устройства находится из соотношения 08= 25 ксимальная амплиту, наблюдаемая на астоте преобразовагнала блока 1 О льна величине отновую эависимости=0,160 еа, где Оеа - мада сигнала генератораначальной выходной чтеля, Величина сипрямо пропорционашения Е/Ео (см. кри01 - на фиг. 2).е 0101 макс4, 7-10 реализует при этом Совокупность блоков 1,3, функциональную зависимость т = То1ЕЕ. (И - ", " )то Йсвязывающую(И+1) Е (Е Упродолжительность тактовых подинтервалов с текущими значениями выходной частоты преобразователя. Сигнал, пропорциональный половинному значению указанной функции, снимается с выхода блока 10, осуществляющего деление сигнала с выхода усилителя 9, пропорционального Йго величине, на раэностный сигнал, пропорциональный значению (И+1) Е Е-- ( )-, поступающий с выхода сумЕо Еомирующего усилителя 7 на второй вход блока 10.КоэФфициенты передачи согласующих усилителей 7 и 9 подбираются при этом таким образом, чтобы обеспечить на начальной выходной частоте преобразователя амплитуду напряжения на выходе блока 10, равную О 10=06 п/М=Овп/5=0,20 вп, Этот сигнал, а также значения утроенной и упятеренной величины 01 о, определяющие временное положение середин интервалов между выходными импульсами (середин соответствующих импульсов управления), обозначены на фиг. 4 пунктиром.Сигналы на формирование фронтов импульсов кривой выходного напряжения вырабатываются системой в момент равенства выходных напряжений сумматоров 11-15 текущему значению симметричного пилообразного напряжения 06 генератора 6 развертки, период которого определяется выходным сигналом блока 1 и на всем диапазоне регулирования в шесть раз меньше периода выходного напряжения преобразователя. Формирование упомянутых командных сигналов осуществляется блоком формирования длительностей импульсов 17, на М основных входов которого поступают сигналы 011 - 015(сигналы 012-015 проходят предварительно через логический блок 18), а на вспомогательный вход блока 17 приходит напряжение развертки 06. Блок 17 представляет собой систему компарирующих узлов с выходными формирователями коротких импульсов, связанных с входом счетного триггера, продолжительность импульсов на выходе которого равна длительности формируемых импульсов кривой выходного напряжения преобразователя,Выходной сигнал блока 17, поступающий на вход распределителя 23, обозначен на фиг. 2, как 017. На три тактовых входа логического распределителя управляющих импульсов приходят сигналы с соответствующих выходов трехраэрядного регистра 5. Распределитель 23 осуществляет логическое преобразование сигналов, поступающих на его входы от блоков 5 и 17, и формирование сигналов управления, поступающих на вентили трехфазной мостовой схемы преобразователя в соответствии с алгоритмом 180-градусного управления, характеризующегося полной инвариантностью формы кривой выходного напряжения от параметров нагрузки. Вид сигналов(импульсов) управления, вырабатываемых распределителем 23, и поступающих ьа катодные вентили каждой иэ фаз преобразователя (+А, +В, +С), также изображен на фиг. 4.Требуемое изменение продолжительности выходных импульсов преобразователя, управляемого по описанному способу, обеспечивается при помощи цепи внутренней обратной связи системы управления,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 содержащей узлы 18-22, На выходе многовходового сумматора 20 на всем диапазоне. регулирования формируется сигнал, амплитуда которого пропорциональна суммарной продолжительности выходных импульсов в полуволне выходной кривой, который поступает на минусовой вход двухвходового интегратора 21, плюсовой вход которого связан с блоком опорного напряжения 22, амплитуда сигнала которого в данном случае, при реализации зависимости О/Г=сопз 1, выбирается иэ соотношения 012= - 0,20 ы. ПроинтегрированноеОбайзначение разностного сигнала (012-020) с выхода узла 21 поступает на соответствующие положительные или отрицательные входы сумматоров 11 - 15, благодаря чему осуществляется постоянная последовательная коррекция продолжительностей выходных импульсов преобразователя, производимая путем двухсторонней модуляции импульсов управления.Логический блок 18 системы управления (фиг. 5) включает в свой состав схемы 24 - 27, сравнения, управляющие работой ключей 28 - 31, элементы И 32 и 33 и ячейку ИЛИ 34, при этом первые входы всех схем сравнения связаны с выходом датчика 16 амплитуды пилообразного напряжения, а вторые входы - с соответствующими сумматорами. Управляющие импульсы на ключи 28 - 31 и, через конъюнктуры 32 и 33 и дизьюнктор 34, на ключ 19, вырабатываются в этом случае по алгоритму, обеспечивающему на всем диапазоне регулирования поступление на входы сумматора 20 сигналов, арифметическая сумма которых пропорциональна суммарной продолжительности выходных импульсов на полупериоде.Выбор амплитуд сигналов источников 8 и 22 опорного напряжения в соответствии с приведенными выше выражениями обеспечивает базовую начальную длительность выходных импульсов. Контур внутренней обратной связи системы управления, включающий узлы 18 - 22, автоматически реализует требуемую функциональную зависимость между значением выходной частоты и продолжительностью импульсов управления и выходных импульсов. При этом благодаря включению интегратора обратная связь приобретает астатический характер, что повышает точность процесса регулирования, Вариация длительностей тактовых подинтервалов в соответствии с требуемой гиперболической зависимостью обеспечивается блоками 1, 3,4, 7 - 10. Границы переходов от одного поддиапазона регулированйя к другому, зафиксированные1686663 14 Ргран=5 4 И+1 - 4 И+1 вРо- 12 И И - 1 нтервалов из нкционально 1,Ет Ег о . о 6 РоИ(21 - 1) Ео ан гран значения Р и Р определяют соответстнно как ин+1 -г и -г 1 н+1+Юе 2 Фиг сии)Х ния длительность тактовых подинтервэлов изменяют в соответствии с соотношением Т =Ц) И А,ИЛо Р/Ео(И - 0 )Ео находят соответственно из функциональных зависимостейЕ 16 Р( М Б) + Ро - 1И ЕО+ РО 2. Способ поп,1,отл и чаю щи йс ятем, что в диапазоне частот от до Р(ЕгранЕ ИРо),длительность тактовыхменяют в соответствизависимостью х(Р - Ргран)+ гЕгран(И Ео+ Ео Ргр а при ЕР" длительность тактового подин.тервала принимают равной продолжительности тактовых интервалов.( с Заказ 3609 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", 1, Ужгород, ул,Гагарина, 101