Способ управления мостовым преобразователем с широтно кодовым регулированием

( 9)(51)5 2 М 7/4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР дтз .3 юЬйу 1 ф 5 и ЕТЕНИЯ ПИС ЕФ аа ,ш КОМУ С АВ ЕТЕЛБС 1;, . -.-: .2(21) 4910684/07 .: : " напряжения трехфазного мостового преоб- (22) 29.12.90: .": .:.: разователя по экономйчному-закону, обес- (46) 23,08,92. Бюл, М 31 :.:. печивающему йостояййгво отношения (71) Отдел энергетической кибернетики АНнапряжения к частоте, осуществляется при ССР Молдова: - ..: этом плавным поэтапным изменением дли- (72) В,И. Олещук.,. .тельности основных и модулирующих сигна- (56) Забродин Ю.С. Автономные тиристор-" .: лов"управления," формируемых на ные инверторы с шйротно-импульсным ре- граничных участках крайних внутри полупегулированием. - М, Энергия, 1977 Я 2-1, ":риодов управлечиятактовыхинтервалов 60 Авторское свидетельство СССР М градусных продолжительностей.1361692, кл, Н 02 М 7/48, 1987.. Продолжительность тактовьгх подйнтерва-лов, внутри и посередине которых синтези- (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОСТОВЫМ . руются модулирующие сигналы управления, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ С ШИРОТЙО-КО-"при предложенномрежиме"управления на- ДОВЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ . : ;,":ходится в функциональной зав,.сймости от(57) Сущность изобретейия: связанноерегу- -величины питающего напряжения. 2 з,п, флирование частоты и величйны выходноголы,бил. Изобретение относится к электротехни- щими сигйалами управления,"от проДолжи-ке. а именно к силовой преобразовательной тельности которых зависйт величина выходтехнике, и может быть использовано при ного напряжения,управлении преобразователем частоты: йа Однако непосредственное применениебазе инверторов напряжения, питающимиспособа управления в системах регулируе Лсистемы частотно-регулируемого электро- " мого по частоте асийхронного электроприпривода. :вода не позволяет осуществить плавное С)Известны алгоритмы 120- и 150-градус- . .безударное изменение чйсла импульсов в (сного управления регулируемыми трехфаз-выходной полуволне прй связайномрегули- (,Пными преобразователями, которые ровании частоты и найряжейия (умен ьшепозволяют формировать приемлемое по ние числа Импульсов йрй росте частоты).спектральному составу выходное напряже- : Целью йзобретения является повыше- -дние АИН, однако не обеспечивают незави- ние качества процесса регулирования пресимости формы кривой выходного сигнала образователя за счет плавногб безударногоот параметров нагрузки, . изменения формы кривой выходного напряИзвестен также 180-градусный способ жения.управления трехфазным преобразовате- При управлении по способу, при котолем, обеспечивающий инвариантность фор- ром основные вентили разных фаз и группмы выходной кривой от нагрузки, Способ преобразователя периодически включают ибазируется на модуляции крайлих на пол- выключают с взаимным фазовым сдвигом вупериодах тактовых интервалов модулирую эл,град в последовательности +А, -С, +В,А, +С, -В, при этом для каждого вентиляформируют положительные полупериодыпроводимости и отрицательные полупериоды закрытого состояния, каждый из которыхсостоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, на крайнихполупериодах тактовых интервалах формируют модулирующие сигналы(импул ьсы) управления, продолжительность которыхопределяет величину выходного напряжения преобразователя, в процессе М-кратного связанного регулирования частоты Г ивеличины напряжения по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте при номинальном (минимальном) 15питающем напряжении формирование указанных модулирующих сигналов управления на всем диапазоне регулирования,начиная с начальной частоты Го, осуществляют в серединах тактовых подинтервалов 20с продолжительностью 7 - 6 Г , приЕоЕ Го Ичем середины тактовых интервалов синхронизируют с серединой соответствующегоцентральногоаактового подинтервала (при 25нечетном М) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подинтервалов (при нечетном ч), при этом вдиапазонах частот Г;ГГ.2 внутри тактовых интервалов формируют помодулирующих сигналов управления спродолжительностью= - ( = --- ), на частотных диа 1 1 Е,6. - ГоЕМпазонах Г; ГГ; на крайних участках тактовых интервалов формируЮт сигналыуправления с длительностью- 12 Ео+Е12 Г 12 Го Е - а продолжительность остальных (-2)-и сиг-. 40налов управления определяют в соответстРо- ,2вии с зависимостьюОо Е-значения граничных частот Г; и Г ь переходных от одного поддиапазона регулирования кГоЕ- 1 Мдругому, находят как Г - о и- ЕоГо Е( - 1) ЙГ -, где минималь -- Ео.50итуды питоянноготственно ная (номинальная) и текущая ампл тающего преобразователь пос напряжения обозначены соотве какЕ,и Е,Совокупность соотношений н апазоне регулирования связываю ду собой текущие значения в частоты преобразователя, величи щего напряжения и количество, ность и местоположение упра э Всем дищих меж- . ыходной ну питаю- длитель- вляющих сигналов, подаваемых на вентили преобразователя, характеризует собой новый режим проведения приемов способа,На фиг, 1 представлена силовая схема трехфазного мостового преобразователя, выполненного на базе полностью управляемых ключей; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ управления; на фиг, 3 и 4 - кривые изменения величины коррелирующего коэффициента К; на фиг, 5 - блок-схема системы управления преобразователем, на фиг, 6 - временные диаграммы, поясняющие принцип ее функционирования.На фиг, 2 а в верхней части построена временная диаграмма формирования управляющего сигнала на вентиль+А анодной группы преобразователя в течение полупериода проводимости на начальной (минимальной) выходной частоте Го, ниже приведена соответствуюц;эя кривая линейного выходного напряжения Одв, Считается, что величина питающего инвертор напряжения при этом имеет номинальную (минимальную) величину Ео, Принято, что при этом частотный диапазон связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения преобразователя по закону постоянства отношения величины напряжения к частоте равен шести (И=6),Характерной особенностью базового алгоритма 180-грэдусного формирования управляющих сигналов является то, что, как следует из верхней кривой (фиг. 2), для каждого из вентилей каждый из полупериодов проводимости и закрытого состояния разбивается на три тактовых интервала 60-градусной продолжительности, а формирование модулирующих сигналов управления, разноименных с соответствующим полупериодом, продолжительностью которых регулируется величина выходного напряжения преобразователя, осуществляется внутри крайних на полупериодах тактовых интервалах,При этом на всем диапазоне регулирования модулирующие сигналы управления синтезируют в серединах тактовых подинтервалов, имеющих продолжительностьЕо7 - Г , находящуюся в функциоональной зависимости от текущей величины питающего напряжения Е, на которые разбиваются тактовые интервалы. Середины тактовых интервалов в этом случае непрерывно синхронизируются с серединой соответствующего центрального тактового подинтервэла (при нечетном значении индекса М) или с концом и началом соответствующих двух центральных тактовых подин- Выполнение на всем диапазоне регулитервалов ( при четном М, именно этому рования указанных соотношений реализует варианту соответствуют приведенные на при этом постоянство отношения величины фиг. 2 временные диаграммы (М=6, . выходного напряжения преобразователя кКак показано стрелками (фиг, 2); про частоте -+ и обеспечивает темсамым один цесс регулирования .выходной частоты пре- из наиболее экономичных законов регулиобразовэтеля при управлении по способу рования асин хрон ных" электродвигателей, осуществляетсядвухэтапно путемпаослед- . питающихся от преобразователей рассматвательного плавйогоперехода от одногоре-- риваемого класса, жима к другому и обратно. В пер:вом.10 Для конкретногоанализйруемогорежи (условно) режиме управления, которомусо- ма (Е=-6, Е=ЕО) с ростом частоты преобразоответствуют формы управляющихсигналов, вателя йервой граничной частотойявляется и линейного выходного напряжения (фиг:.: .и Г, (1 - 1) Ц Ео. 5 6 302 а, в, д), на крайних участках тактовых под- -( 1) - Т 5 6 - 1 29 интервалов формируются основныесигна Формирование выходной крйвой,типа полы управления, а продолжительностьЛ всех . строенной на фйг.2 б; осуществляется вдиэпа- модулирующих сигналовуправления:, коли-:,: :Г 5 6 "З 0чество которых внутри тактовых инстервиалов ,. б .6,. 4 5 + 1 21 равно 1, определяется в соответствии ссо- Далее"в диапазоне высходаньх частот Г б-Г 4 =- отнсошиением.,.,.:;.; 20 Го 3 6 18 Л= - ( - ), 11 Ео , ":,";,:=. ;у- =-П. Го Форма выхоидйогонапря- ,6 г Го Е М, :.;,:.:;:.: жения соответствует крииаой Фиг,2 в, причем Регулирование (увеличение) выходНойв частотном поддиапазоне Г 4-Г 4= частоты преобразователяпри этом осуще-;18 ствляется,как показано стрелками, за счет 25 7 Го Форма напряжениявидоизменяется изменения (уменьшения) длительностидо кривой, типа построенной"на Фиг. 2 г, крайних основйых сигналов управления, что" На следующем чаСтотном поддйапазосопровождается идентичным уменьшением":. не (Фиг. 2 д) приувелйчении частоты центры крайних и центрального выходных импуль.-. тактовых подинтервэлов, в середнитйе котосов в полуволне линейного выходного на-. З 0 рых формируются мотдулйрующие сигйалы пряжения. Верхние границы подобнытх управления (два сйгналауправленися, г 2) с . режимов наблюдаются на частотах. ".:1 1 . 1Го Е- 1 К .:,- продолжиительнтосстьию ЛЙ(. ) Г 1 =-,- ., на которых величиТ 1 -- Ео: каждый, йосчледоватеильснос сидивчитаются кграна крайних ймпульсов снижается до близ-. З 5 ницак. тактовых интервалов,благодаря чеких к нулю. значений, .:.му, какпоказано стрелками, уменьшаетсяВторой режим управления (фиг,"26, г):продолжительность крайних йа полуперйохарактеризуется формированйем на краях дЕ выходных импульсов; снижающаяся до тактовых интервалов модулирующих сигна- близких к нулю значений однбвременно с лов управления с продолжительностью : 40 " ГоЕМаеличиноиА на частоте н 2 и 1 а соуо Ео12 Р 12 Го М Е- : " чэе Е=ЕО Г 2=РОМ); что соответствует верха длительность остальных(1-2)- и модулиру- нему пределу диапазона связанного ющих сигналов управленияпри этом опрЕ-регулирования величины и частоты напряеляетс как Л = Ео В н . :. женю, Выходное напряжение преобразоо Е-Р . вателя при этом максимально и границей такого режима для каждых конк- формируется изтпоследовательностиразноретныхявляются частоты . полярных 120-градусных импульсов без па-РОМЕ- 1, уз, Р,= .;: 50.1 -- + Ео , Нэ этапе регулирования преобразоваЗначение индекса , тождественное ко- теля от Г 4 к Г 2 для четных М полуволна личеству модулирующих сигналов упраВле- линейного выходного напряжения форминия, формируемых внутри тактовых Руется из пяти выходныхимпульсов вплоть интервалов, при этом последоватеЛьно до верхней (номинальной) выходной часто- уменьшается с максимального значения, ты,что.приводиткдополнительньгм потерям имеющего место на начальной выходной ча- на коммуникацию в диапазоне повышенных стоте (фиг, 2 а для М=6 и при Е=ЕО =6; также выходных частот преобразователя, Поэтому =6 на Фиг. 2 б, далее 1=4 для сигналов, при- причетных Мс энергетической точки зрения веденных нэ фиг, 2 в, г и 1-и 2 на фиг. 2 д), целесообразно, начиная с частоты Г 4-11757065 На входе блока 15 включен конденсатор17, выделяющий постоянную составляюплюсовому входу двухвходового интегратора 6 и через согласующий усилитель:7 к входам сумматоров 8-12.: . ; . щую последовэтельности импульсных сигКоличествоукэзанныхсуммэтороввоб- нэлов с выхода блока 14, Напряжение с щем случае равно максимальному числу мо конденсатора 17 поступает нэ делитель 18, делирующих сигналов управления, в котором осуществляется:деление сигйала формируемых внутри каждого тактов 0 гоин- нэ сигнэл задания О 1, в результате чего нэ выходе блока 15 формируется напряжение,тервалэ на начальной выходной частоте преобразователя при максимальной ампли.- пропорциональное суммарной нэ полуперитуде Е питающего преобразователь напря оде длительности выходныхимйульсов, пожения, На другие входы сумматоров 8-12 ступэющее далеенэ минусовой вход постуйают сигналы с выходаинтегратора 6 интегратора 6.иисточникэ 13 опорногонапряжейия,Выхо- При этом контур внутренней обратной ды сумматоров 8-12 подключены к блоку 14 связи системы, включэющийузлы 5, 6, 14 и формирования импульсовуправления, в.ко 15, обеспечивает непрерывное высокоточ- тором производится последовэтелЬное со- ное осуществляемое по эстэтическому постэвленйе сигналов с вЬ ходов принципу формирование корректирующего сумматоров 8 - 12 с напряжением разверткисигналэ, поступающего нэ входысуммэтоОз генератора 3 и выработка коротких ко-. ров 8 - 12 иавтоматически поддерживающемэндных импульсов в моменты равенства 20 го постоянство суммарной вольтсекундной указанных сигйалов, которыеМерездизъюн- .: площади выходных импульсов на всем диэктор последОвательно поступают на счет=: пазонерегулйрования,автоматическиобесный триггер, входящий в состав блока 14, печивая тем самым режим проведения Выход блока 14 связан с входом. блока 15 .приемов способа упрэвления.с постоянстопределения суммарной длительности вы вом отношения величины напряжения кукэходных импульсов и с информационным :",зэнной частоте.входом логического распределителя 16 уп-"Состояния вйходов Оз О 2 С 6 регистра 4 рэвляющих"импульсьв; ".,:".,.":-,: . нэпериоде выходнойчастоты последоваВ основе функциойированйя. системытельно записываютсякэк 100, 001, 000, 101, . лежит вертикальный йрйнций управления. 30 110, 111, 100;., Логическиеуравнения, хаГенерэтор 2 тактовйх импульсов синхрони-:рактерйзующие работу распределителя упзирует работугенератора 3 развертки,при-."равляющих импульсов,при этом имеют чем (фиг. 6) за счет соответствующей уставки. следующий вид (применительно к упрэвля- минимальное (нулевое) значение СигНалающим сигнэлэм для вентилейэнодной груп- развертки Оз нэ всем диапазоне ретулиро пы):вания наблюдается в серединах тактовых+А=-00 з+ООзОц+00 з 014;интервалов, э мэксимэльное - нэ границахтактовых интервалов. Амплитуда ситнэла.Оз .+В=00 гОз+ОЛз 04+01020 и+00 гО 4+ при этом плавно уменьшэется с ростом вы-+00 зО 4;ходной частоты, э крутизнэ остается неиз-. 40 +С=ООг+ООзО 14+010 г 014,менной, благодаря чему число импульсов в- Для формирования дополнительных выходной йолуволне плавно снижаетоя.:выходных импульсов, корректирующихВеличина напряжения нэ выходе дэтчи- спектральный состав выходного нэпряжека 4 уменьшается пропорционэльно увели-. ния, в систему, как показано пунктиром чению напряжения Е, при этом. 45 (фиг. 5) для варианта одногодополнительнокоэффициент передачи датчика 5 подбирэ-. го канала, может быть введен функциональется таким образом, чтобы обеспечить приный преобразователь 19, реалйзующий Е=Е .: ,одну из характерйстик "вход-выход", поОзп, : - ,.:. строенных нэ фиг. 3 и 4; сумматор 20, комй; 50 паратор 21 и триггер 22, подсоедйненныйгде Озщ - максимальная амплитуда сит- своим выходом к дополнительйому инфорнала генератора 3 развертки, наблюдаемая мационному входу распределителя 16. Ре-нэ начальной частоте Р, - ,гистр 4 в этом случае должен выполнятьсяКоэффициент передачи усилителя 7. при четырехразрядным.этом в случае нечетного К равен двум. Амп Таким образом. способ управления политуда сигнала Оз источника 13 выбирает- зволяет заметно улучшитькэчество процесОьо са ре гули ровэ ния трехфазн ыхся из соотношения О 13 К преобрэзовэтелеи для электропр вода зэсчет плавного поэтапного безударного перехода от одной зоны регулирования к другой, сопровождаемого изменением числа ральных тактовых подинтервалов при четимпульсов в выходной полуволне и осуще- ном й, при этом в диапазонах частот РГ ствляемого по принципу широтно-кодовой Е +2 внутри тактовых интервалов формирумодуляции (широтно-кодового регулирова- ют помодулирующих сигналов управления ния), при которой продолжительности моду. о . 1 1 Еь лирующих и основных сигналов " Ю Т р, Е аауправления, формируемых по краям такта- на .частотных диапазонах РГГна вых интервалов на всем диапазоне регули- крайних участках тактовых интервалов форровайия отождествляются (кодируются) по мируют сигналы управления длительностью определенным зависимостям с длительно1 (- 1 Д- 2 Е + Е, стями основного массива управляющих сиг- . 12 Е 12 Ео Е налов, Это позволяет снизить броски э длительность остальных (1-2) сигналов упмгновенных значений гока в силовых цепях равления определяют в соотвеавления оп еделяют в соответствии с завипреобразователя и нагрузки и повысить на- ю21 дежность функционирования рэссматрива симостью с - д. - д - значения емых преобразовательных систем. граничных час о Г Гграничных частот Ги Г ь переходных от Фо р м ул а и з о б р е т е н и яодного поддиапазона регулирования к дру 1. Способ управления мостовым преоб- и разователем с широтно-кодовым регулиро- гому, находят как Г = "1) :о - . Еованием, заключающийся в том, что 20 .основные вентилиразных фаз и групп пре- и Г =, - -у- -- , где Ео и- Т - 2 Еэ+ Ео образователя периодически включают и выключают.с взаимйым фазовым сдвигом в 60 . а . ная (номинальная) и текущаяЕ -минимальная номинальная и тек ая эл",град в последовательности+А, -С, +В, -А, амплитуды птающего преобразователь по стоянного напряжения,С, -В, пРи этом для каждого вентиля фор мируют положительные полупериоды про; .. щ2. Способпоп,1,отличаютем. что в диапазоневыходных частот и е- : ВОДИМОСтИ-И ОтрИцатЕЛЬНЫЕ ПОЛУПЕпрйОДЫзакрытаго состояния, каждый из которых " ойрвзователя л в , длительСсстоит из трех такта вь 1 х и мтер вепре Шестидесятиградусных продспжительностей, на пр ность ттактовых подинтервалов принимают крайних на полупериодах тактовыхинтер-:равной соответственно г =а .1валах" формируют модулирующие -сигналыуправления, продолжительность которых3, Способ по и. 2; о т л и ч а ю щ и й с я "Опеределяет величину выходного напряже-тем, что,с целью улучшения спектрального ния преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я 35 состава выходного напряжения преобразотем, что, с целью обеспе ейия.плавного без- вателя, на всем диапазоне регулирования .ударного изменения формы кривой выход- изменяют на величинудлительность расного напряжения преобразователя в положенных в ближних к границам полупепроцессе М-крэтнонго связанного регулиро- РиоДов половинах тактовых интервалов вания частоты Еи величины напряжения по 40 модулирующих сигналов управления, призакону постоянства отношения величины чем увеличивают длительность упомянутых напряжения к частоте при номинальном .сигналов управления на полупериодах про(минимальном) питающем напряжении, водимости и уменьшают указанную длиформйрование указанных модулирующих тельность на полупериодах закрытого сигналов управления на всем диапазоне ре состояния путем соответствующего сдвига гулирования, начиная с начальной частоты дальних купомянутым границам полупериЕо, осуществляют в серединах тактовых под- адов фронтов соответствующих модулируюинтервэлов с продолжительностью цих сигналов управления, а величину у вЕ каждой точке диапазона регулирования вы=6 Е Г М причемсередины упомяну. 50 бирают в соответствии с функциональной Озависимостью тых тактовых интервалов синхронизио ют с - "с ю, Кгде чисУ ленное значение коэ ициента К выби ают серединой соответствующео центрального ен ое значение коэффициента К выбирают тактового подинтервэлэ при нечетном ц или из семейства кРивых, построенных на фиг, 3 с концом.и началом соответствующих цент- для е ньх М и на фиг,4 для нечетных й,для четных М и на1757065 и едактор И,Шулла оРРектоР Н.Король при ГКНТ С Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагари ч 1О Г Составитель В,ОлещуТехред М.Моргентал аказ 3097 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, Раушска