RU1777219C - Способ управлени вентильным преобразователем с широтно-кодовым регулированием - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : способ управлени  базируетс  на 180-градусном алгоритме управлени  ключами трехфазной мостовой схемы преобразовател , обеспечивающем инвариантность формы выходного сигнала к параметрам нагрузки. Регулирование величины вы- , ходного напр жени  преобразовател  при этом осуществл етс  при помощи модулирующих сигналов управлени , формируемых внутри крайних тактовых 60-градусных интервалов полупериодов проводимости, и закрытого состо ни  вентилей. Процесс широкодиапазонного св занного регулировани  выходной частоты и напр жени  преобразовател  выполн етс  за счет посто нной поэтапной вариации длительностей крайних на тактовых интервалах основных и модулирующих сигналов управлени , которые, как и продолжительность основного массива управл ющих сигналов , наход тс  в соответствующих функциональных зависимост х с текущим и начальным значени ми выходной частоты, величиной диапазона регулировани , амплитудой питающего напр жени  и количеством формируемых внутри тактовых интервалов сигналов управлени . Средн   частота коммутации вентилей при этом близка к посто нной величине. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при управлении преобразовател ми частоты на базе автономных инверторов напр жени , вход щих в состав систем частотно-регулируемого электропривода переменного тока.

Известны способа так называемого несимметричного управлени  трехфазными преобразовател ми (инверторами ) напр жени , при которых полуволна линейного выходного напр жени 

формируетс  из четного количества импульсов на полупериоде. Однако спектральный состав выходных кривых при таких законах управлени  уступает аналогичным характеристикам преобразовател  с симметричными законами управлени .

Известен также способ симметричного управлени  преобразовател ми с симметричным относительно середины полупериодов формированием управл ющих сигналов, характерной особенVI

Х|

vj

hO Ю

ностью которого  вл етс  то, что дулирующие сигналы управлени , продолжительность которых определ ет величину выходного напр жени  преоб- разовател , формируютс  внутри крайних тактовых интервалов каждой зоны управлени . Однако изменение количества выходных импульсов в полуволне выходной кривой инвертора при управ- лении по данному способу осуществл етс  дискретным путем, что вызывает в эти моменты броски тока в силовых цеп х преобразовател  и нагрузки и  вл етс  нежелательным.

Цель изобретени  - повышение качества процесса регулировани  за счет плавного безударного изменени  формы кривой выходного напр жени  преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем что при управлении по указанному способу , при котором основные вентили разных фаз и групп преобразовател - периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град в последовательности +А, -С, +В, -А, +С, -В, при этом дл  каждого вентил  формируют положительные полупериоды проводимости и отрица- тельные полупериоды закрытого состо ни , каждый из которых состоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, на крайних на полупериодах тактовых интер

валах формируют модулирующие сигналы управлени , продолжительность которых определ ет величину выходного напр жени  преобразовател , в процессе N-кратного св занного регули- ровани  частоты F и величины напр жени  на начальной (минимальной) частоте F0 указанные крайние тактовые интервалы разбивают на N подынтервалов продолжительностью Ј ZЈ-N

каждый, в середине каждого из которых формируют модулирующие сигналы (импульсы) управлени  с продолжительn EN-EO

ностью А0 в пРОЧессе Регу

лировани  преобразовател  синхронизируют середины указанных тактовых интервалов с серединой соответствующего центрального тактового подын- тервала (при нечетном N) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подынтервалов (при

четном N), формирование каждого 1-го по направлению от середины тактового интервала к его границе модулирующего сигнала управлени  осуществл ют при изменении выходной часi FoEN(n-l) тоты от F0 до F. (-1Ту(-12УЁ;Ё0

где п 21 дл  четных N и дл  нечетных N, причем при изменении выходной частоты от F0(Fjf1 ) до

i - NEFo

а также в диапазоне F0,, т -

iW Е0

внутри каждого тактового подынтервала формируют сигналы управлени  с

длительностью /Л g--( - ),

в диапазонах частот F- F F. no кра м тактовых интервалов формируют сигналы управлени  с продолжительностью

J (п-1)-(п-2)Е+Е

ft

12F

(

а длительность остальных сигналов управлени  определ ют как

Е(п-1)-Ел Л SiLEnOJ-l)

при этом минимальна  и текуща  ампли- туды питающего преобразователь напр жени  определены соответственно

как Е

и Е.

На фиг.1 представлена упрощенна  силова  схема трехфазного мостового преобразовател  на полностью управл емых вентил х; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процес формировани  управл ющих сигналов на соответствующие вентили преобразовател , и кривые линейного выходного напр жени  (в верхней части фиг.2), а также временные диаграммы, по сн ющие процесс функционировани  системы управлени  (в нижней части фиг.2); на фиг.З, - коррел ционные кривые, св зывающие значени  коэффициента К с относительной величиной выходного напр жени  (частоты) соответственно дл  четных и нечетных N; на фиг.5 517

функциональна  схема системы управлени .

На временных диаграммах, построенных на фиг.2, показаны сигналы (им- пульсы) управлени , поступающие на вентили +А, +В, +С катодной группы мостовой схемы преобразовател  в течение полупериода выходной частоты. Ниже приведены кривые линейного ВЫХОД ного напр жени  преобразовател . Построенные кривые соответствуют при этом значению выходной частоты, близкому к начальной частоте FQ . Величина диапазона N св занного регулирова- ни  частоты F и выходного напр жени  при этом выбрана равной п ти (). В рассматриваемом случае положительный полупериод проводимости каждого вентил  и отрицательный полупериод закрытого состо ни  разбивают на три тактовых интервала продолжительностью 60 эл.град. каждый. Внутри крайних тактовых подынтервалов (в зонах 0-60, 120-180, 18Q-2M) и 300- ЗбО эл.град. применительно к зенти- лю +А) формируют модулирующие сигналы управлени ,разноименные с соответствующим полупериодом.

На фиг.2 дл  вентил  +А модулирующие сигналы соответствуют нулевому уровню временной диаграммы,а основные сигналы управлени  - положительному уровню. При этом формирование каждого модулирующего сигнала осуществл ют в середине соответствующего тактового подынтервала продолжительностью

Ј на кот°Рые Разбиваетс 

каждый из указанных тактовых интерва- лов, причем середина каждого из этих тактовых интервалов на всем диапазоне регулировани  синхронизируетс  с серединой соответствующего центрального тактового подынтервала (при нечетном N) или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подынтервалов (при четном N).

При начальной частоте F0 продолжительность ft0 каждого из указан- ных модулирующих сигналов управлени  EN-EO

- --- г гш и. л и.

равна fl0 jЈ-jgj -, где Е .и Е0 соответственно текуща  и минимальна  (опорна ) амплитуды питающего преобразователь напр жени .

Регулирование частоты выходного напр жени  преобразовател  при рассматриваемом алгоритме управлени  осу196

ществлпетс  за счет посто нной поэтапной вариации продолжительностей, формируемых по кра м указанных тактовых интервалов импульсов управлени , в качестве которых попеременно выступают основные и модулирующие сигналы Указанные продолжительности последовательно уменьшаютс  с ростом выходной частоты, что показано стрелками на верхних временных диаграммах фиг. При этом дл  поддержани  посто нства отношени  величины выходного напр жени  преобразовател  к частоте на поддиапазонах регулировани , на которых регулирование осуществл етс  за счет изменени  продолжительности крайних на тактовых интервалах основных сигналов управлени  (этому поддиапазону соответствуют кривые на фиг.2), длительности модулирующих сигналов управлени  определ ют как

л

л 6n F F0EN

где п 21 дл  четных N и дл  нечетных N; i - количество формируемых внутри половины каждого указанного тактового интервала модулирующих сигналов управлени  (включа  центральный модулирующий сигнал управлени  при нечетных N). Граница указанных поддиапазонов регулировани  наблюдаетс  при

« FlEN(n-l) этом на частотах F; - yglgjv

при которых длительности крайних на тактовых интервалах основных сигналов управлени  уменьшаютс  до нул .

На поддиапазонах регулировани , на которых по кра м тактовых интервалов формируютс  модулирующие сигналы управлени , длительности указанных крайних модулирующих сигналов определ ютс  как

V- 1/12F - о , 1/1ZF 12EF0N(n-2l

а продолжительность ft остальных модулирующих сигналов управлени  при этом равна

55

ft

E&HhEo.

6F0 nE(n-l)

Верхние.границы подобных поддиапазонов наблюдаютс  на частотах

I F0EN(n-l)

i-fl.

(n-lTCn-ZjE+E

на которых величины уменьшаютс  до близких к нулю значений.

Продолжительность крайних на указанных тактовых интервалах основных и модулирующих сигналов управлени  в процессе регулировани  по описанно- му алгоритму непрерывно позонно отождествл етс  (кодируетс ) с длительностью основного массива управл ющих сигналов, котора , в свою очередь, зависит от текущих значений выходной частоты преобразовател , в св зи с чем рассматриваемый способ управлени  может быть определен как широт- но-кодовый.

В соответствии с вышеизложенным дл  рассматриваемого алгоритма управлени  преобразователем с п тикратным диапазоном св занного регулировани  величины и частоты напр жени  () отмеченные границы переходов от одного поддиапазона регулировани  к другому последовательно наблюдаютс  на частотах

дл  Е Еб

1f05Fe;F,1,54F0, FЈ - 2F0, F

2. 0 2. дл  E 1,2E

2 5F

F - 1,04 F0, F - 1,56F0, F - 1,94F0, F; 2,61F0,

45

дл  Е 1,5E0 Fj 1,03F0, Fj 1.58F,,, Fj 1,87F0, FЈ 2,73F0.

Как дл  четных,, так и дл  нечетных величин N до указанной граничной „j частоты FЈ регулирование производитс  по описанному выше алгоритму, в диапазоне же повышенных выходных частот , при F F2 , внутри половин тактовых интервалов формируетс  по од- ., ному (при нечетных N) и по два (при четных N) модулирующих сигнала управлени  с продолжительностью соответственно

8

§о Р„ЁУ

-l(.i

Л 6 F

ft

Этот этап продолжаетс  до частоты

Fm

FЈEN EY

, на которой продолжитель

ность упом нутых сигналов управлени  уменьшаетс  до нул , чему соответствует максимальное значение выходного напр жени  преобразовател . В соответствии с вышеизложенным верхнее значение предельной частоты Fm существенно зависит от текущего значени  амплитуды Е питающего преобразователь напр жени . Так, при Е 1,5Е0

m

1,5F0N, т.е. в 1,5 раза превышает значение Fm при Е Efl, что имеет место в случае номинальной (минимальной ) величины амплитуды питающего напр жени . Соответственно пропорционально Е увеличиваетс  диапазон св занного регулировани  частоты и величины напр жени  преобразовател . Дл  улучшени  гармонического состава выходного напр жени  описанный алгоритм управлени  может быть несколько модифицирован. Дл  этого в

диапазонах выходных частот Р0 г

NEFo - --- продолжительность

Ео

if тактовых подынтервалов принимают равной соответственно Ј . Далее,

как показано пунктиром на временных диаграммах на фиг.2, увеличивают на величину У продолжительность модулирующих сигналов управлени ,расположенных в ближних к границам указанного полупериода проводимости половинах тактовых интервалов. Одновременно уменьшают на величину 1 длительность симметричных модулирующих сигналов, формируемых на половинах тактовых интервалов полупериода закрытого состо ни . Благодар  подобной модификации алгоритма в крайних тридцатиградусных зонах полуволны линейного выходного напр жени  формируютс  дополнительные выходные импульсы, количество которых плавно уменьшаетс  с ростом выходной частоты. Наличие дополнительных импульсов позвол ет скомпенсировать

91

амплитуду нежелательных паразитных гармоник спектра опорной выходной кривой и улучшить тем самым на всем диапазоне регулировани  гармонический состав выходного сигнала. Продолжительность J при этом в данном случае в каждой точке диапазона регулировани  определ етс  в соответствии с зависимостью у К(С - Л), где чис- ленное значение коэффициента К выбирают дл  конкретного Е в соответствии с кривыми, построенными на фнг.З дл  четных N и на фиг.4 дл  нечетных N. При этом в спектре выход- ного сигнала преобразовател  на всем диапазоне регулировани  полностью отсутствует наиболее нежелательна  п та  гармоническа  составл юща , а амплитуда седьмой гармоники заметно уменьшаетс .

Функциональна  схема системы управлени  вертикального типа, реализующей предлагаемый способ управлени  дл  варианта , приведена на фиг.5. Генератор тактовых импульсов 1, задающий выходную частоту преобразовател , св зан с трехразр дным регистром 2 и с генератором линейно измен ющегос  напр жени  3, выходной сигнал U которого (см.фиг.2) характеризуетс  двусторонней симметрией, посто нной крутизной и измен ющейс  в процессе регулировани  частоты амплитудой . Источники посто нного нал- р жени  4-6 соединены с сумматорами , зыходы которых подключены к блоку формировани  импульсов управлени  12, св занному выходом с логическим распределителем управл ющих импульсов 13, тактовые входы которого соединены с выходом регистра 2. 8 блоке 12 осуществл етс  непрерывное сопоставление сигнала развертки % с напр жени ми U( . При этом блок формировани  импульсов управлени  12 включает, как показано на фиг.5 дл  одного канала, N компараторов с выходными формировател ми коротких импульсов, выходы которых че- рез дизъюнктор св заны с входом счетного триггера. Длительность импульсов на выходе этого триггера соответствует длительности выходных импульсов преобразовател , после- довательность которых поступает на вход блока k определени  суммарной длительности выходных импульсов с включенным на его

де конденсатором, выдел ющим посто нную составл ющую последовательности импульсных сигналов блока 12. Напр жение с последнего поступает далее на делитель, в котором осуществл етс  его деление на аналоговый сигнал задани  выходной частоты преобразовател  Up, в результате чего на выходе блока И на всем диапазоне регулировани  формируетс  напр жение, пропорциональное суммарной на полупериоде длительности выходных импульсов . Выход блока 1 св зан с минусовым входом двухвходового интегратора 15.

Источник опорного напр жени  16 через усилитель с переменным коэффициентом передачи 17 подключен к плюсовому входу интегратора 15. Управл юща  цепь усилител  17 соединена с выходом датчика амплитуды питающего напр жени  13. Выход интегратора 15 св зан с входами сумматоров 7-11 Величина напр жений 1-х источников посто нного напр жени  k и 5, определ ющих середины модулирующих сигналов , а также источников 6 и 16, наход тс  из соотношений

п - 2i-1 1

U4N U 5

U5 -f- uw

3 5

It Uiw 1 и T

m

U,

U6 - - 25 где Uirn - максимальна  амплитуда

сигнала развертки, наблюдаема  на начальной выходной частоте преобразовател .

Внутренние параметры усилител  17 и датчика 18 выбираютс  таким образом , чтобы при номинальном питающем напр жении Е

коэффициент

передачи усилител  17 был равен единице , а при увеличении Е наблюдалось пропорциональное уменьшение коэффициента передачи усилител  1/.

Алгоритм работы данного устройств управлени  в процессе регулировани  частоты базируетс  на принципе поддержани  посто нства абсолютной величины суммарной вольтсекундной площади выходных импульсов в полуволне линейного выходного напр жени  преобразовател .

Это обеспечиваетс , в первую очередь , функционированием контура внут ренней обратной св зи системы, включающей блок 1, узлы 16 и 18 и интегратор 5. Повышение частоты следовани  тактовых импульсов генератора 1 сопровождаетс  соответствующим пропорциональным изменением (уменьшением ) амплитуды сигнала U3 генератора 3, что сопровождаетс  плавным безударным изменением формы кривой выходного напр жени  на всем диа пазоне регулировани . При этом наблюдаетс  последовательное периодическое изменение продолжительностей импульсов и пауз, формируемых на крайних участках выходной полувол- ны, а также ее середине. Логические функции, реализуемые распределителем 13 и поступающие в форме управл ющих сигналов на вентили соответст-- вующих фаз, имеют соедующий вид:

,Q3 + ,a + Q,QbU,2 ;

,Q2Q3+ Q,Q3UW + Q,Q2U,a + + Q,QjJ,a + Q,Q3U|2;

+ Q,Q3U,a + ,

где .Q - выходные сигналы соответствующих разр дов регистра 2, которые на периоде выходной частоты , как показано на фиг.2, принимают последовательно значени  100, 001, 000, 101,110, 111, 100...

Дл  формировани  дополнительных сигналов, улучшающих спектр выходного напр жени  преобразовател , в сие тему, как показано на фиг.5 пункти-г. ром, может быть введен функциональный преобразователь 19, реализующий одну из требуемых функциональных .зааисимостей, представленных на фиг.З или К Далее сигнал с выхода блока 19, пропорциональный продолжительности У дополнительных импульсов , суммируетс  в сумматорах 20 и 21 с сигналами соответствующих ос- новных сумматоров и далее поступает через формирующие цепи, включающие компараторы 22 и 23 и триггеры 2 и . 25,.на дополнительные входы логичес« g Q 5

0

5 0

5 0 .

кого рлспределител  13. Регистр 2 в этом случае должен выполн тьс  четырехразр дным .

Таким образом, предложенный способ управлени  позвол ет существенно улучшить качество св занного регулировани  частоты и величины выходного напр жени  трехфазных мостовых преобразователей за счет плавного безударного изменени  формы кривой выходного напр жени , позвол ющего исключить броски тока в силовых цеп х преобразовател  и нагрузки при переходе от одного поддиапазона регулировани  к другому, что приводит также к повышению надежности функционировани  преобразовательных систем.

Claims (3)

1. Способ управлени  вентильным преобразователем с широтно-кодовым регулированием, заключающийс  в том, что основные вентили разных фаз и групп преобразовател  периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град. в последовательности+А , -С, +В, -А, +С, -В, при этом дл  каждого вентил  формируют положительные полупериоды проводимости и отрицательные полупериоды закрытого состо ни , каждый из которых состоит из трех тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей , на крайних на полупериодах тактовых интервалах формируют модулирующие сигналы управлени , продолжительность которых определ ет величину выходного напр жени  преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  плавного безударного изменени  формы кривой выходного напр жени  преобразовател  в процессе N-кратного св занного регулировани  частоты F и величины напр жени , на начальной (минимальной ) частоте F0 указанные крайние тактовые интервалы разбивают на N подынтервалов длительностью Ј 1/6F0N каждый, в середине каждого из которых формируют модулирующие сигналы управлени  длительностью

° B процессе регулировани  преобразовател  синхронизируют середины упом нутых тактовых интервалов с серединой соответствую-

131

щего центрального тактового подынтервала при нечетном N или с концом и началом соответствующих центральных тактовых подынтервалов при четном Nf формирование каждого 1-го по направлению от середины тактового интервала к его границе модулирующего сигнала управлени  осуществл ют при изменении выходной частоты от F0 до I (n-l)„.

F; -TJiTT(n 2TETi/ г е n 2l

дл  четных N и дл  нечетных N, причем при изменении выходной частоты от F0(F;4, ) до F

Ц-НУТРИ

каждого тактового подынтервала формируют сигналы управлени  длительл / 1 1 ЕО ностью Ъ -(-g- (-г - Г/ п

в диапазонах частот F. F Э F; по кра м тактовых интервалов формируют сигналы управлени  длительностью л 1 (n-l)(n-2)E+Ee a ппм

12F12EF0lUn 27 Э АЛИ

тельность остальных сигналов управлед ECnrihS Л 6F0En(n-l)

ни  определ ют как

при этом Е0 и Е - минимальна  и текуща  амплитуды питающего преобразователь напр жени .

777219 .И

2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с   тем, что в диапазоне выходных частот преобразовател 

л

EN ч Мс Е

-щ-з0 г NSO--длительность

тактовых подынтервалов принимают равной 1/12S.

3. Способ по п.2, отличаю-, щи и с   тем, что, с целью улучшени  гармонического состава выходного напр жени  преобразовател , на всем диапазоне регулировани  увеличи- вают и уменьшают на величину J длительности расположенных в ближних к границам упом нутых полупериодов соответственно проводимости и закрытого состо ни  половинах тактовых интервалов моделирующих сигналов управлени  путем соответствующего сдвига дальних к границам полупериодов фронтов упом нутых модулирующих сигналов управлени , а величину в каждой точке диапазона регулировани  опре- дел ют в соответствии с функциональой зависимостью - K(C-fl), где численное значение коэффициента К выбирают в соответствии с кривыми, построенными на фиг.З описани  дл  четных N и на фиг. Ц- дл  нечетных N.

Фиг.1

« iS &

JC

/f

ч x

1

/

jJ

/ Л

ч

Jf

/

I

1

/

4

/

Й

-f

л 5.

П Л

ЈUUL

C

j

vj

N VЈ l