RU2532252C2 - Direct frequency converter with natural commutation control method - Google Patents

Direct frequency converter with natural commutation control method Download PDF

Info

Publication number
RU2532252C2
RU2532252C2 RU2012149655/07A RU2012149655A RU2532252C2 RU 2532252 C2 RU2532252 C2 RU 2532252C2 RU 2012149655/07 A RU2012149655/07 A RU 2012149655/07A RU 2012149655 A RU2012149655 A RU 2012149655A RU 2532252 C2 RU2532252 C2 RU 2532252C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
frequency converter
signals
direct frequency
control
Prior art date
Application number
RU2012149655/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012149655A (en
Inventor
Сергей Александрович Харитонов
Дмитрий Владиславович Коробков
Вадим Викторович Машинский
Сергей Николаевич Завертан
Светлана Владимировна Воробьева
Вячеслав Федорович Лучкин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север"
Priority to RU2012149655/07A priority Critical patent/RU2532252C2/en
Publication of RU2012149655A publication Critical patent/RU2012149655A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532252C2 publication Critical patent/RU2532252C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is related to the field of electric engineering and power electronics and can be used for manufacturing of three-phase alternating current generating systems for aircraft. In such systems a synchronous generator with variable shaft speed serves as a primary source with unstable parameters of the input energy. Function of qualitative indications provision for the generated electric energy is rest on the direct frequency converter with natural commutation and output low-frequency power filter. The suggested method lies in generation of control pulses by thyristors when reference signals are equal to the control three-phase signals, generation of three sinusoidal signals shifted per 120°, generation of a signal, which is equal to the average value of the generated sinusoidal signals and the received signal is scaled, and each control signal is generated as the sum of the scaled signal and the respective sinusoidal signal.
EFFECT: suggested method allows obtaining of the technical result that lies in reduction of the synchronous generator weight due to increase in input power factor by the direct frequency converter.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока для летательных аппаратов, в которых для достижения качественных показателей выходной энергии применяются статические преобразователи электрической энергии. Первичными источниками с нестабильными параметрами входной энергии в таких системах служит синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала. Функция обеспечения качественных показателей генерируемой электрической энергии возлагается на непосредственный преобразователь частоты с естественной коммутацией и выходной силовой низкочастотный фильтр.The invention relates to the field of electrical engineering and power electronics and can be used in the construction of three-phase alternating current electric power generation systems for aircraft, in which static converters of electrical energy are used to achieve high-quality output energy indicators. The primary sources with unstable input energy parameters in such systems is a synchronous generator with a variable shaft speed. The function of ensuring quality indicators of the generated electric energy is assigned to the direct frequency converter with natural switching and the output power low-pass filter.

Для указанного применения систем генерирования важным показателем является масса всех элементов системы, при проектировании которых необходимо стремиться к ее уменьшению. Масса синхронного генератора при работе с непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией в значительной степени определяется величиной входного коэффициента мощности преобразователя (χсг). Действительно S с г = P н η c n χ c n ,

Figure 00000001
в этом соотношении Sсг - установленная мощность синхронного генератора (масса синхронного генератора пропорциональна этой величине), Pн - активная мощность нагрузки, ηcn - коэффициент полезного действия преобразователя. Поэтому возникает задача повышения величины коэффициента мощности непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией.For the indicated application of generation systems, an important indicator is the mass of all elements of the system, during the design of which it is necessary to strive to reduce it. The mass of a synchronous generator when working with a direct frequency converter with natural switching is largely determined by the value of the input power factor of the converter (χ cg ). Really S from g = P n η c n χ c n ,
Figure 00000001
in this ratio, S cg is the installed power of the synchronous generator (the mass of the synchronous generator is proportional to this value), P n is the active load power, η cn is the efficiency of the converter. Therefore, the problem arises of increasing the power factor of a direct frequency converter with natural switching.

Известен способ управления непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией [Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М., Энергия, 1977], заключающийся в том, что формируют опорные сигналы и трехфазные прямоугольные сигналы управления, в моменты равенства этих сигналов вырабатываются импульсы управления тиристорами.A known method of controlling a direct frequency converter with natural switching [G. Zhemerov Direct coupled thyristor frequency converters. M., Energy, 1977], which consists in the fact that they form reference signals and three-phase rectangular control signals; at the moments of equality of these signals, thyristor control pulses are generated.

Данный способ имеет недостаток, заключающийся в том, что в спектре выходного напряжения непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией в этом случае присутствуют большие по величине гармонические составляющие с частотами, кратными частоте управляющих сигналов. Это приводит к значительному увеличению массы и габаритов выходного силового низкочастотного фильтра.This method has the disadvantage that in the spectrum of the output voltage of the direct frequency converter with natural switching in this case there are large harmonic components with frequencies that are multiples of the frequency of the control signals. This leads to a significant increase in the mass and dimensions of the output power low-pass filter.

Кроме того, известен способ управления непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией в составе системы, состоящей из синхронного генератора, непосредственного преобразователя частоты с непосредственной связью и выходного силового низкочастотного фильтра [Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с., ил.], который является прототипом предлагаемого изобретения, заключающийся в том, что формируют импульсы управления тиристорами в моменты равенства опорных сигналов с управляющими трехфазными сигналами синусоидальной формы.In addition, there is a known method of controlling a direct frequency converter with natural switching as part of a system consisting of a synchronous generator, a direct frequency converter with direct connection and an output power low-pass filter [Juji L., Pelly B. Power semiconductor frequency converters: Theory, characteristics, application . Per. from English - M .: Energoatomizdat, 1983. - 400 p., Ill.], Which is the prototype of the present invention, which consists in the fact that the control pulses of the thyristors are formed when the reference signals are equal to the three-phase control signals of a sinusoidal shape.

Недостатком этого способа является относительно малое значение входного коэффициента мощности непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией и, как следствие, высокая масса синхронного генератора.The disadvantage of this method is the relatively small value of the input power factor of the direct frequency converter with natural switching and, as a result, the high mass of the synchronous generator.

Задача изобретения заключается в снижении массы системы генерирования электрической энергии за счет снижения массы синхронного генератора, что обеспечивается повышением входного коэффициента мощности непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией.The objective of the invention is to reduce the mass of the electric power generation system by reducing the mass of the synchronous generator, which is achieved by increasing the input power factor of the direct frequency converter with natural switching.

Это достигается тем, что в известном способе управления формируют три сдвинутых на 120° синусоидальных сигнала, формируют сигнал, который в каждый момент времени равен среднему значению сформированных синусоидальных сигналов, полученный сигнал масштабируют и каждый управляющий сигнал формируют в виде суммы полученного путем масштабирования сигнала и соответствующего синусоидального сигнала.This is achieved by the fact that in the known control method, three sinusoidal signals shifted by 120 ° are generated, a signal is generated, which at each moment of time is equal to the average value of the generated sinusoidal signals, the received signal is scaled and each control signal is generated as the sum obtained by scaling the signal and corresponding sinusoidal signal.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления непосредственным преобразователем частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией.Figure 1 presents the structural diagram of a device that implements the proposed method of controlling a direct frequency converter with direct connection and natural switching.

Структурная схема устройства включает: генератор опорных сигналов (1), количество опорных сигналов равно количеству тиристоров непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, генератор управляющих трехфазных синусоидальных сигналов (2), схему выделения средних значений (3), блок масштабирования (4), сумматор (5) и схему сравнения (6), их количество равно количеству тиристоров непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией.The block diagram of the device includes: a reference signal generator (1), the number of reference signals is equal to the number of thyristors of a direct frequency converter with natural switching, a three-phase sinusoidal control signal generator (2), an average value allocation circuit (3), a scaling unit (4), an adder ( 5) and a comparison circuit (6), their number is equal to the number of thyristors of a direct frequency converter with natural switching.

Выходы генераторов опорных сигналов (1) подключены ко вторым входам схем сравнения (6). Выходы генератора управляющих трехфазных синусоидальных сигналов (2) подключены ко входам схемы выделения средних значений (3) и вторым входам сумматоров (5). Выход схемы выделения средних значений (3) подключен к первому входу блока масштабирования (4), чей выход подключен к первым входам схемы сравнения (6). Выходные сигналы схем сравнения (6) далее подаются на тиристоры.The outputs of the reference signal generators (1) are connected to the second inputs of the comparison circuits (6). The outputs of the control three-phase sinusoidal signal generator (2) are connected to the inputs of the average value allocation circuit (3) and the second inputs of the adders (5). The output of the average value allocation circuit (3) is connected to the first input of the scaling unit (4), whose output is connected to the first inputs of the comparison circuit (6). The output signals of the comparison circuits (6) are then fed to the thyristors.

Блоки функционируют следующим образом. Генератор опорных сигналов (1) формирует линейные или косинусоидальные опорные сигналы с амплитудным значением Uon max, синхронизированные с напряжением синхронного генератора, количество этих сигналов равно количеству тиристоров в непосредственном преобразователе частоты с непосредственной связью. Генератор управляющих трехфазных синусоидальных сигналов (2) формирует три синусоидальных сигнала (фиг.2)Blocks operate as follows. The reference signal generator (1) generates linear or cosine reference signals with an amplitude value of U on max synchronized with the voltage of the synchronous generator, the number of these signals is equal to the number of thyristors in a direct frequency converter with direct coupling. The generator of the control three-phase sinusoidal signals (2) generates three sinusoidal signals (figure 2)

Figure 00000002
Figure 00000002

где Uym - амплитудное значение управляющего сигнала, Ω - циклическая частота управляющих сигналов.where U ym is the amplitude value of the control signal, Ω is the cyclic frequency of the control signals.

Выходной сигнал ( U m i d l )

Figure 00000003
схемы выделения средних значений (3) каждый момент времени равен среднему значению управляющих трехфазных синусоидальных сигналов (фиг.2) в соответствии с соотношениемOutput signal ( U m i d l )
Figure 00000003
the scheme of allocation of average values (3) each time instant is equal to the average value of the control three-phase sinusoidal signals (figure 2) in accordance with the ratio

U m i d l = M i d l { U y sin A , U y sin B , U y sin C } . ( 1 )

Figure 00000004
U m i d l = M i d l { U y sin A , U y sin B , U y sin C } . ( one )
Figure 00000004

Выходной сигнал блока масштабирования (Umidl) определяется соотношением видаThe output signal of the scaling unit (U midl ) is determined by the ratio of the form

U m i d l = 1 2 U m i d l . ( 2 )

Figure 00000005
U m i d l = one 2 U m i d l . ( 2 )
Figure 00000005

Как следует из фиг.2 и соотношений (1), (2), сигнал Umidl изменяется с частотой 3Ω и содержит гармоники порядка (2k-1)Ω, k=1,2,3,…As follows from figure 2 and relations (1), (2), the signal U midl changes with a frequency of 3Ω and contains harmonics of the order of (2k-1) Ω, k = 1,2,3, ...

Выходные сигналы сумматора (5) определяются соотношениемThe output signals of the adder (5) are determined by the ratio

U y к о м j = U y sin j + U m i d l , j = A , B , C . ( 3 )

Figure 00000006
U y to about m j = U y sin j + U m i d l , j = A , B , C . ( 3 )
Figure 00000006

Осциллограмма выходного сигнала сумматора для j=А представлена на фиг.3.The waveform of the output signal of the adder for j = A is shown in Fig.3.

При таком управляющем сигнале расширяется линейный диапазон изменения амплитудного значения Uym, при этом его максимальное значение может быть равным в U y m max = 2 3 U o n max = 1,155 U o n max

Figure 00000007
раза [Берестов В.М., Харитонов С.А. Анализ синусоидальной ШИМ с натуральной выборкой (методический аспект). Технiчна електродинамiка. Тематический выпуск. Силова електронiка та енергоефективнiсть. Частина 2. Киiв, 2002. - с.31-37].With such a control signal, the linear range of variation of the amplitude value U ym expands, while its maximum value can be equal to U y m max = 2 3 U o n max = 1,155 U o n max
Figure 00000007
times [Berestov V.M., Kharitonov S.A. Analysis of sinusoidal PWM with natural sampling (methodological aspect). Technical electrodynamics. Thematic issue. Power electronics and energy efficiency. Chastina 2. Kiiv, 2002. - p.31-37].

При этом происходит увеличение основной гармоники выходного напряжения непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией (Eн(1)). В соответствии с ГОСТ 19880-74 коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к полной мощности, пренебрегая активными потерями в преобразователе частоты и полагая, что нагрузка симметрична, выражение для входного коэффициента мощности непосредственного преобразователя частоты примет видIn this case, the fundamental harmonic of the output voltage of the direct frequency converter with natural switching increases (E n (1) ). In accordance with GOST 19880-74, the power factor is defined as the ratio of active power to apparent power, neglecting active losses in the frequency converter and assuming that the load is symmetrical, the expression for the input power factor of the direct frequency converter takes the form

χ c n = P S = 3 E н ( 1 ) I н ( 1 ) cos φ н ( 1 ) i = 1 6 E 1 i I 1 i ( 6 )

Figure 00000008
χ c n = P S = 3 E n ( one ) I n ( one ) cos φ n ( one ) i = one 6 E one i I one i ( 6 )
Figure 00000008

где: Eн(1), I н(1) - действующее значение основных гармоник фазного напряжения и тока на выходе преобразователя частоты, ϕн(1) - фазовый сдвиг между выходными током и напряжением преобразователя частоты, E1i, I1i -действующие значения фазных напряжений и токов синхронного генератора.where: E n (1) , I n (1) is the effective value of the fundamental harmonics of the phase voltage and current at the output of the frequency converter, ϕ n (1) is the phase shift between the output current and voltage of the frequency converter, E 1i , I 1i are values of phase voltages and currents of the synchronous generator.

Как следует из соотношения (4) происходит увеличение входного коэффициента мощности непосредственного преобразователя частоты.As follows from relation (4), the input power factor of the direct frequency converter increases.

Результаты расчетов приведены на фиг.4, где показано как изменяются относительные значения действующих значений основных гармоник напряжений на выходе преобразователя частоты при использовании способа прототипа (обозначено «Sin») и в заявляемом способе (обозначено «Midl») и их отношения в функции глубины модуляции ( M = U y m U o n max )

Figure 00000009
.The calculation results are shown in figure 4, which shows how the relative values of the effective values of the main harmonics of the voltages at the output of the frequency converter when using the prototype method (indicated by "Sin") and in the inventive method (indicated by "Midl") and their relationships as a function of modulation depth ( M = U y m U o n max )
Figure 00000009
.

Как следует из фиг.4б в предложенной системе, действующее значение основной гармоники напряжения на нагрузке увеличивается на 8.5-44.5%. Настолько же процентов происходит увеличение входного коэффициента мощности непосредственного преобразователя частоты (χcn) в соответствии с соотношением (1). И, т.к. S с г = P н η c n χ c n

Figure 00000010
, происходит уменьшение установленной мощности генератора на 7.8÷42.7% относительно установленной мощности синхронного генератора в случае применения способа прототипа.As follows from figb in the proposed system, the effective value of the fundamental harmonic of the voltage at the load increases by 8.5-44.5%. The same percentage increases the input power factor of the direct frequency converter (χ cn ) in accordance with relation (1). And, because S from g = P n η c n χ c n
Figure 00000010
, there is a decrease in the installed power of the generator by 7.8 ÷ 42.7% relative to the installed power of the synchronous generator in the case of applying the prototype method.

Наличие в сигналах Uyкомj гармоник нулевой последовательности порядка (2k-1)Ω, k=1, 2, 3,… приведет к их появлению в выходных напряжениях непосредственного преобразователя частоты, однако, если нагрузка не имеет нулевого провода, то в напряжении на нагрузке эти гармоники будут отсутствовать.The presence of harmonics of the zero sequence order (2k-1) Ω in the signals U ykjj , k = 1, 2, 3, ... will lead to their appearance in the output voltages of the direct frequency converter, however, if the load does not have a neutral wire, then the voltage at the load these harmonics will be absent.

Таким образом, предложенный способ управления непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией позволяет уменьшить массу синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности непосредственным преобразователем частоты.Thus, the proposed method for controlling a direct frequency converter with natural switching allows to reduce the mass of the synchronous generator by increasing the input power factor of the direct frequency converter.

Claims (1)

Способ управления непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией, заключающийся в том, что формируют импульсы управления тиристорами в моменты равенства опорных сигналов с управляющими трехфазными сигналами, отличающийся тем, что формируют три сдвинутых на 120° синусоидальных сигнала, формируют сигнал, который в каждый момент времени равен среднему значению сформированных синусоидальных сигналов, полученный сигнал масштабируют и каждый управляющий сигнал формируют в виде суммы полученного путем масштабирования сигнала и соответствующего синусоидального сигнала. A method of controlling a direct frequency converter with natural switching, which consists in the formation of thyristor control pulses at the moments of equality of the reference signals with control three-phase signals, characterized in that they form three sinusoidal signals shifted by 120 °, form a signal that at each moment of time is equal to the average value of the generated sinusoidal signals, the resulting signal is scaled and each control signal is formed as the sum obtained by scaled I signal and a corresponding sine wave.
RU2012149655/07A 2012-11-21 2012-11-21 Direct frequency converter with natural commutation control method RU2532252C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012149655/07A RU2532252C2 (en) 2012-11-21 2012-11-21 Direct frequency converter with natural commutation control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012149655/07A RU2532252C2 (en) 2012-11-21 2012-11-21 Direct frequency converter with natural commutation control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012149655A RU2012149655A (en) 2014-05-27
RU2532252C2 true RU2532252C2 (en) 2014-11-10

Family

ID=50775148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012149655/07A RU2532252C2 (en) 2012-11-21 2012-11-21 Direct frequency converter with natural commutation control method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532252C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2127630A (en) * 1982-09-17 1984-04-11 Eaton Corp Microprocessor controlled phase shifter
SU1737673A1 (en) * 1988-08-01 1992-05-30 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Clock generator for controlling frequency converter
RU2107982C1 (en) * 1996-09-27 1998-03-27 Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина Method for controlling converters by means of microprocessor system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2127630A (en) * 1982-09-17 1984-04-11 Eaton Corp Microprocessor controlled phase shifter
SU1737673A1 (en) * 1988-08-01 1992-05-30 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Clock generator for controlling frequency converter
RU2107982C1 (en) * 1996-09-27 1998-03-27 Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина Method for controlling converters by means of microprocessor system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012149655A (en) 2014-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106787918A (en) A kind of random SVPWM method of Five-phase inverter
Mounika et al. Sinusoidal and space vector pulse width modulation for inverter
Joksimović et al. Stator current spectral content of inverter-fed cage rotor induction motor
RU2532252C2 (en) Direct frequency converter with natural commutation control method
RU2011140153A (en) MOTOR CONTROL DEVICE
US20160336750A1 (en) A controller for a voltage source converter
Dybko et al. Harmonic analysis of the output voltage of parallel multilevel converters with clamping diodes under different methods of PWM
Tunyasrirut et al. Grid connected based PWM converter applied a self-excited induction generator for wind turbine applications
RU2521419C2 (en) High-voltage three-phase alternating current generating system
RU2507670C2 (en) System of generation of electric energy of three-phase alternating current
Tripathi et al. Influence of three-phase symmetry on pulsating torque in induction motor drives
RU2517298C2 (en) Method for control of pwm-controlled voltage inverter included into alternating-current generation system
Alzuabidi Study and implementation sinusoidal PWM inverter fed 3-phase induction motor
RU2379819C2 (en) Method to control three-phase bridge converter
Dementyev et al. Stabilization of Electrical Parameters of Machine-Converter Voltage Source
Anuchin et al. Simulation of power converter control system with compensation of harmonic distortion in output voltage waveform
KR20130077679A (en) Grid-connected inverter controller using dft(discrete fourier transform) method for measurement of grid voltage and grid-connected inverter having the controller
Yu et al. Performance analysis and comparison for the five-phase inverter SVPWMs
JP5464704B2 (en) AC signal phase detection method
Stumpf et al. Effect of subharmonics on the operation of ultrahigh speed induction machines
RU2402867C1 (en) Method of direct to quasisinusoidal voltage conversion with vector pulse-width modulation
Mansouri et al. Experimental analysis of the space vector PWM control of two-level inverter to feeding an induction motor
Tahri et al. Instantaneous active and reactive power measuring method in three phase power system
KR20130077678A (en) Grid-connected inverter controller for current control using dft(discrete fourier transform) method and grid-connected inverter having the controller
Sakthisudhursun et al. Simplified center aligned SVPWM for multi-phase inverter using voltage dispersion