Способ управления трехфазным регулируемым мостовым преобразователем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21760 А 1 19) (11) 02 М 7/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ция в стат нали ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Отдел энергетической кибернетики АНМССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1023625, кл. Н 02 М 7/48, 1983,Забродин Ю.С. Критерий оценки качества выходного напряжения автономных инверторов. - Электричество, 1987, М 3, с. 45,рис. 1 а.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ МОСТОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является улучшениеспектрального состава выходного напряжения преобразователя в процессе связанного плавного регулирования частоты ивеличины выходного напряжения. Способуправления заключается в периодическомвключении и выключении с взаимным фазовым сдвигом в 60.эл.град, основных вентиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления регулируемыми преобразователями для электропривода на базе тиристорных инверторов напряжения.Известны алгоритмы управления полупроводниковыми преобразователями, обеспечивающие улучшение формы кривой выходного напряжения за счет многократных дополнительных коммутаций вентилей.Однако регулирование или стабилизаеличины выходного напряжения в доочно широких пределах требует чия на входе инвертора управляемого 2лей инвертора, при этом интервалы проводимости и закрытого состояния вентилей составляют по 100 эл,град. В серединах интервалов проводимости, на тактовых интервалах 60-градусных продолжительностей, асимметрично середине полупериода формируют управляющие сигналы выключения вентилей, количество которых на начальной выходной частоте Ро равно п. Для достижения цели в диапазоне выходных частотР 0-Еопу 2 регулирование частоты выходного на- ", пряжения преобразователя осуществляют за счет непрерывной поэтапной вариации длительностей пауз между импульсами управления расположенных внутри центральных участков левой и правой частей упомянутых тактовых интервалов продолжительностью 24 эл,град. каждая, а также длительность ближних слева к центрам упомянутых 24-градусных частей сигналов управления. В середине каждого тактового интервала при этом формируют разноименные с соответствующей зоной управления дополнительные сигналы управления с продолжительностью в 12 эл.град, 4 ил. выпрямителя, что снижает суммарный КПД процесса преобразования электроэнергии и усиливает негативное влияние преобразователей на питающую сеть.Известен также алгоритм управления ключами тиристорных схем ШИР, при котором на начальной частоте Е 0 середины зон проводимости и закрытого состояния каждого из шести вентилей инвертора (тактовые интервалы проводимости и закрытого состояния) разбивают на и участков (подинтервалов), в правой крайней части каждого из которых формируют соответственно основные паузы и участки проводимости одиго управления составл этом в диапазоне частот Еование частоты осуществля стоянной плавной вариаци Ео иЕо ПрЕо и3 регулирся за счет по- длительностей Временные диаграммы, представленные на фиг.2 и включающие циклограммы Оу зоны управления вентиля А и кривые полуволн линейного выходного напряжения инвертора Одв, иллюстрируют вариант уп равления для п=8, при котором на начальной выходной частоте Ео (фиг,2 а) центральные шестидесятиградусные тактовые интервалы от 60 до 120 эл.град. в зоне проводимости вентилей и от 240 до 300 10 эл.град. в зоне закрытого состояния разбиваются соответственно на восемь подинтервалов, показанных на фиг,2 дугами, продолжительностью - эл.град, каждый48и15 (т.е. соответственно в 6 эл.град,). При этом, в центральной части каждого тактового интервала, на участке протяженностью 12 эл.град. формируются дополнительные разноименные с соответствующей зоной уп ра аления управляющие сигналы, в частности, включающие импульсы в зоне закрытого состояния. Внутри первой половины тактового интервала начало первого подинтервала и конец последнего подин тервала засинхронизированы соответственно с началом тактового интервала и с левой границей указанного дополнительного сигнала управления. На второй половине каждого тактового интервала начало перво го подинтервала синхронизировано с правой границей упомянутого сигнала управления, а конец последнего подинтервала - с концом тактового интервала. В крайней правой части каждого из упомяну тых подинтервалов формируются включающие и выключающие вентили сигналы управления, изменением продолжительности которых регулируется величина выходного напряжения инвертора. Моментам 40 формирования запирающих вентили импульсов на фиг,2 соответствует нулевой уровень сигналов Оу, а проводящему состоянию вентилей - положительное значение сигналов. Аналогично формированию запи рающих сигналов на интервалах 60-120 эл.град. на тактовых интервала 240-300 эл.град. осуществляется синтезирование включающих вентили сигналов управления,Общий диапазон связанного регулиро вания величины и частоты выходного напряжения преобразователя при рассматриваемом алгоритме несимметрич пауз между основными сигналами управления и самих управляющих сигналов на близлежащих к серединам указанных половин тактовых интервалов участках. Процесс регулирования при этом проходит двухэтапно, осуществляясь по двум основным опорным алгоритмам, граничные значения частот, переходных от одного диапазона регулирования к другому, определяютсякак+1 для нечетных Е 1,2а и -- +12 для четных в, где в - количество формируемых основных сигналов управления внутри каждой половины тактовых интервалов,На поддиапазонах регулирования, при которыхЕ ЕЛА+1 внутри (вкрайней правой части) всех тактовых подинтервалов формируются сигналы управления с продолжительностью Л = , (-рр в - ) изменение0,8 1 2опчастоты (длительности тактового интервала) производится при этом за счет изменения продолжительности ближайших слева к центрам указанных половин тактовых интервалов импульсов кривой линейного выходного напряжения, соответствующим на интервале 60-120 эл. град. паузам между основными сигналами управления, показанным на фиг.2 стрелками сверху, Их продолжительность в момент достижения выходной частотой преобразователя значений Е уменьшается до нуля.В диапазонах частот ЕЕР 1 внутри (Н)-и правых и (1-2)-п левых от отмеченных выше центров половин тактовых интервалов тактовых подинтервалов формируются основные сигналы управления с постоянной продолжительностью, определенной082 3 ак Л= В крайней правой части интервала, расположенного между указанными подинтервалами, формируется сигнал управления регулируемой длительности = Р-108 г 1 2 21 - 3- 1 +1 путем изменения которой на данных поддиапазонах регулируется выходная частота преобразователя. Уменьшение значения Лдо нуля наблюдается на частотах Еь В поддиапазоне повышенных выходных частот преобразователя Ео -- Ео - в крайней О О 3 2 правой части каждой из отмеченных половин тактовых интервалов формируют по одному основному сигналу управления с про 0,8 1 1Л = - .-(-р.-) а на верхнем частотном поддиапазоне при Еоп2 (Е1 6 внутри тактовых интерЕо ивалов в их центрах, формируют по одному сигналу управления с длительностью1 1,6Формирование на большей части частотного диапазона работы трехфазного преп ЕообРазователЯ Ео 2 = 0,8 Евх в центрах тактовых интервалов дополнительных сигналов управления с продолжительностью в 12 эл.град. позволяет полностью исключить из спектра выходного напряжения наиболее нежелательную пятую гармоническую составляющую. На всем рабочем диапазоне переход от одного поддиапазона регулирования. к другому осуществляется при этом безударным способом путем плавного поэтапного .изменения продолжительностей сигналов управления и пауз между ними.В соответствии с описанным алгоритмом на временной диаграмме фиг.2, иллюстрирующей режим проведения приемов способа управления, абсолютная протяженность сигналов управления, формируемых внутри подинтервалов, показанных верхними дугами, постоянна, а длительность сигналов, синтезируемых внутри подинтервалов, обозначенных нижними дугами, изменяется в процессе регулирования частоты. При анализируемом варианте регулирования на первом поддиапазоне увеличение частоты от начального значения, равного Ео, производится за счет последовательного уменьшения продолжительности сигналов управления, формируемых внутри обозначенных на фиг.2 а верхними дугами тактовых подинтервалов, осуществляемой с учетом того, что= 3, по зависимостиЛ =-й-(Г -жГ;)0,8 1 13 Продолжительность остальных основных сигналов управления при этом остается постоянной и равной Л =-щ- - . Отмеченный процесс продолЖ ожается до момента достижения выходной частотой преобразователя значения Ез =16= - Ео, при котором Л уменьшается до13нуля (фиг.2 б). На следующем подинтервале регулирования увеличение частоты осуществляется путем последовательного уменьшения продолжительности показанных на фиг.2 б,в 5 стрелками левых от середин половин интервалов включающих сигналов (пауз между основными сигналами управления), продолжительности самих основных сигналов с учетом того, что= 2, изменяется 10 при этом по зависимости:Л Я- (-: - в -) поь до часто Е0,8 1 1уо8= - = Ео.5И 15 Изменение выходной частоты от Едо Е 2 = - Ео производится, как показано на1 83. фиг,2 г, изменением продолжительности0,8 1 320 сигнала Л= -ф ( = ) при постооянстве длител ьности сигналов1Начиная с частоты Ег (фиг,2 д) и до час итоты Е = Ео = 4 Ео (фиг.2 е) внутри каждого2тактового интервала формируется по два основных (не считая центрального дополнительного) сигнала управления с продолжи 0,8 1 1тельностями Л = - ф- ( - ), Послеоидостижения указанной частоты - Ео = 4 Ео, которая соответствует величине 0,8 Епа и 35 характеризует собой точку перехода от несимметричного к симметричному режиму управления (в выходной полуволне Одв при этом вместо четырех начинают формироваться по три выходных импульса), дальней шее регулирование осуществляется путемизменения (уменьшения) продолжительности центральных на тактовых интервалах сигналов по зависимости1 1,6 1 0,2 45 Ю- Бибоп 6 Е 6 ЕоУстройство управления (фиг.3), реализующее предлагаемый способ формирования управляющих сигналов применительно к варианту п=6, функционирует следующим об разом.Выходной сигнал 01 блока 1 заданиячастоты поступает на вход генератора 2 тактовых импульсов, формирующего последовательность импульсов, частота следования 55 которых на всем диапазоне регулированияв 12 раз превышает выходную частоту инвертора, Указанные сигналы поступают на вход генератора 3 линейно изменяющегося напряжения, синхронизируя его работу,благодаря чему на выходе генератора 3 формируется, как показано на фиг.4, симметричное в обе стороны напряжение Оз шестикратной по сравнению с выходным сигналом преобразователя частоты, амплитуда которого уменьшается пропорционально росту выходной частоты, и постоянно фиксируется датчиком 4 амплитуды. С выхода датчика 4 сигнал, пропорциональный амплитуде напряжения Оз, поступает через усилители 5 и 6 на входы компараторов 7 и 8, в которых сопоставляется соответственно с выходными напряжениями генератора 3 и Ов интегратора 9, накопительный элемент 10 которого шунтирован ключом 11, управляемым выходным сигналом компаратора 7,Коэффициенты передачи усилителей 5 и 6 соответственно равны 0,8 и 0,4. На выходе интегратора 9 включен пороговый узел 12, фиксирующий минимальное (нулевое) значение напряжения Ов, который через элемент ИЛИ 13 связан с входом счетного триггера 14, подключенного своим выходом к коммутатору 15 полярности зарядного напряжения интегратора 9. На период времени, когда величина сигнала Оз превышает уровень напряжения на выходе усилителя 5, компаратором 7 выдается команда на замыкание ключа 11, шунтирующего при этом накопительный элемент 10 интегратора 9, Благодаря приведенной схеме соединения узлов 5-15 на выходе интегратора 9, как показано на фиг.4, формируется симметричное пилообразное напряжение Од с паузами нулевого уровня на центральных участках тактовых интервалов.Указанный сигнал Оэ, являясь основным развертывающим напряжением в системе, поступает на входы компарирующих узлов 16-18, на выходах которых включены цепи формирования коротких однополярных импульсов, состоящие, как показано применительно к узлу 18, из логического инвертора 19 и дифференцирующих цепочек 19 и 20. На другие входы компарирующих узлов 16 - 18 поступают сигналы с выходов сумматоров 22 и 23 и усилителя 24 с коэффициентом передачи 0,5, на входы которого приходят сигналы с источника 25 опорного напряжения и интегратора 26, В момент равенства упомянутых сигналов на входах узлов 16-18 системой синтезируются команды (короткие импульсы) на формирование фронтов выходных импульсов, которые через элемент ИЛИ 27 поступают на вход счетного триггера 28, связанного своим выходом с информационным входом логического распределителя управляющих импульсов на вентили преобразователя 29.101520 Выход триггера 28 связан также с конденсатором 30, выделяющим постоянную составляющую последовательности импульсных сигналов с выхода триггера 28, Напряжение конденсатора 30 поступает . далее на делитель 31, в котором осуществляется его деление на аналоговый сигнал задания частоты О 1, в результате чего на выходе делителя 31 в соответствующем масштабе формируется напряжение, пропорциональное. суммарной на полупериоде длительности выходных импульсов. Этот сигнал поступает далее на минусовый вход интегратора 26, связанного вторым плюсовым входом с источником опорного напряжения 25, амплитуда которого 0250,8 Озмакси, где Озвах- максимальная амплитуда сигнала генератора 3, наблюдаемая на начальной выходной частоте преобразователя, Благодаря приведенному включению амплитуда сигнала на выходе интегратора 26 пропорциональна величине (т - А)- длительности основных выход(1)ных импульсов кривой выходного напряжения, а сигнал на выходе суммирующего усилителя 24 пропорционален половинной продолжительности А" основных сигналов управления.В процессе связанного регулированиячастоты и величины напряжения преобразователя контур внутренней обратной связи системы, включающий узлы и блоки 26, 28, 30 и 31, обеспечивает на диапазоне регулирования от начальной частоты Ео до Е 2 =Ео и2 ЕО непрерывное, осуществляемоепо астатическому принципу, формирование 40 корректирующего сигнала, поступающегона входы сумматоров 22 и 23 и непосредственно на компаратор 18 и автоматически поддерживающего постоянство суммарной вольт-секундной площади выходных импульсов на полупериоде в процессе изменения выходной частоты. При этом на указанном диапазоне автоматически выполняется реализация представленных в первой части описания функциональных зависимостей между продолжительностями сигналов управления, их временным положением и текущими значениями выходной частоты преобразователя, а также автоматический переход от одного поддиапазона регулирования к другому, наблюдаемый на указанных граничных частотах Е и Е.Начиная с частоты Е 2 =Еоп3величинасигнала 02 з превышает амплитуду пилообразного напряжения Ов, на полупериодесистем в целом 50 55 кривой линейного выходного напряжения синтезируются при этом по четыре импульса одинаковой длительности, величина сигнала О 24 на выходе усилителя 24 при дальнейшем увеличении частоты последовательно снижается, достигая нулевого значения на последней граничной частоте Р 1 =2 - 3 ро8 Рвах Полуволна ВыходногоРо исигнала преобразователя после этого момента и до максимальной частоты Рвах = - формируется иэ трех импульсов наРо и1,6полупериоде, Указанный момент фиксируется логическим узлом, состоящим из компаратора 32, на один вход которого приходит сигнал с выхода датчика 4 амплитуды, а на второй поступает постоянное напряжение с первого выхода источника 33,Озвах2 определяемое как Озз(1) = . По сигналу компаратора 32 происходит замыкание ключа 34 и переключение ключа 35, после чего в компарирующем узле 26 начинается сопоставление текущего значения сигнала Оз с напряжением, снимаемым с второго выхода источника 33 и определяе 0,8 Овах2мым как Озз(и) -и, а к входу четырехразрядного регистра 37 подключается выход генератора 2 тактовых импульсов.Благодаря приведенному подключению четырехразрядного регистра 37 на частотном диапазоне Ро - Р 1 = 0,8 Евах обеспечивается требуемая асимметрия алгоритма формирования управляющих сигналов. Вы- раженные в цифровой форме состояния старших выходных разрядов С)4, Оз, 02 регистра 37 на периоде выходной частоты, как показано на фиг.4, записываются соответственно как 100, 001, 000, 101, 110, 111, эти сигналы поступают на тактовые входы логического распределителя 29 и определяют собой известный алгоритм синтеза управляющих сигналов на основные вентили трехфазного инвертора.Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет на большей части диапазона регулирования преобразователя, в зоне Ро - 0,8 Евах обеспечить полное отсутствие в спектре выходного напряжения наиболее нежелательной пятой гармонической составляющей, причем обеспечивается это наиболее простым путем, без дополнительных коммутаций вентилей силовой схемы, вызывающих дополнительные потери электрической энергии. Форма выходного напряжения в процессе регулирования при этом плавно изменяется, что позволяет устранить бро 10 15 20 25 30 35 40 45 ски тока в силовых цепях инвертора и нагрузки, повышая тем самым качества процесса регулирования и надежность функционирования преобразовательных Формула изобретения Способ управления трехфазным регулируемым мостовым преобразователем, заключающийся в том, что основные вентили разных фаз преобразователя периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град., при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл.град, формируют зону проводимости, в течение другого полупериода от 180 до 360 эл.град. формируют зону закрытого состояния, внутри тактового интервала каждой зоны проводимости от 60 до 120 эл.град, и тактового интервала каждой зоны закрытого состояния вентилей от 240 до 300 эл.град. формируют разноименные с соответствующей зоной управления сигналы управления, количество которых последовательно уменьшают с ростом выходной частоты преобразователя Р, причем, на начальной выходной частоте Ео внутри тактовых интервалов формируют четное и количество подинтервалов равной между собой длительности, в конце каждого из которых формируют указанные сигналы управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения преобразователя в процессе связанного регулирования частоты и величины напряжения, осуществляемого в диапазоне выходных частот Ро Роппутем плавного безударного перехода от одного поддиапазона регулирования ки другому, в диапазоне частот Ро -- Ро в центрах тактовых интервалов формируют разноименные с соответствующей зоной управления дополнительные сигналы управления с продолжительностью, равнойдлительность тактовых подинтерва 1 лов определяют как 6на каждой по 0,86 Ропловине тактового интервала начало каждого первого и конец каждого последнего тактового подинтервала синхронизируют соответственно с началом тактового интервала, с границами указанного дополнительного сигнала управления и с концом тактовогои интервала, в диапазоне частот Ро -- Ро на каждой половине тактового интервала формирования каждого 1-го, считая от правых1721760 14 внутри каждого по одн . длит гв 20 моментов синхронизации, сигнала управления (каждого (1-1)-го сигнала управления, считая от левых моментов синхрозации) осуществляют при изменении выходной чстоты преобразователя от Ео от Е х х , причем при измеуУ нении выходной частоты от Ео до Е нтервала формируют сигнал с длительностью(-. - ) при Е Е1 2 йней правой части(1-1)-и пра вых от середин отмеченных ого интервала тактовых под рмируют сигналы управлетактового под управления0,8 . т 2 р=т Е внутри, в кра вых и (1-2)-и ле половин такто интервалов ф ия с длительностью Л = крайней правой части отрезков, располо,женных между указанными подинтервалами, формируют сигналы управления с продолжительностью 5 ; 0,8 1" =-г. - ,в Еоп Ео идиапазоне частот З 2 в крайних правых частях отмеченных половин каж дого тактового интервала формируют поодному сигналу управления с продолжительностью Л = - ф-(-р- -р -- ) и при0,8 1 1опЕо и Ео и15 2Е1в центрах тактовыхинтервалов формируют ому сигналу управления с ельностью1 1,61721760 Фиг,5 актор Н. Яцо аз 961ВНИИ Составитель О, ПарфеноваТехред М.Моргентал Корректор Э. Лончакова Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101