RU1823112C - Способ управлени трехфазным вентильным преобразователем - Google Patents

Abstract

Использование: силова  электроника. Сущность: способ управлени  преобразователем с М-кратным диапазоном регулировани  выходной частоты базируетс  на алгоритме 180-градусного управлени , при котором в серединах зон управлени  внутри тактовых интервалов 60-градусных продол- жительностей формируютс  модулирующие сигналы управлени . Длительность тактовых подинтервалов, внутри которых формируютс  модулирующие сигналы, при этом посто нна. В номинальном режиме работы за счет соответствующей модул ции длительностей основных и модулирующих сигналов управлени , формируемых в центрах тактовых интервалов, обеспечиваетс  плавное безударное изменение формы выходного напр жени  преобразовател . В пусковом режиме работы системы, в диапазоне частот Fn-MFn режим формировани  управл ющих сигналов видоизмен етс  за счет реализации новых функциональных зависимостей , св зывающих параметры сигналов управлени  с текущими значени ми выходной частоты преобразовател , с последующим плавным выходом на номинальный режим работы на частоте MFn. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к силовой электронике , может быть использовано при построении систем управлени  трехфазными мостовыми преобразовател ми, питающими системы частотно-регулируемого электропривода .

Известен способ управлени  трехфазным мостовым преобразователем (фиг.1), заключающийс  в плавном поэтапном изменении количества модулирующих управл ющих сигналов внутри тактовых интервалов, сопровождающийс  соответствующим безударным изменением числа импульсов в полуволне выходной кривой преобразовател  (1). Указанный способ управлени  обеспечивает широкодиапазонное св занное регулирование частоты и величины выходного напр жени  преобразовател  по экономичному закону посто нства отношени  величины напр жени  к частоте, однако непосредственное использование подобного алгоритма управлени  в режиме пуска преобразовател , нагруженного на асинхронный электродвигатель, не позвол ет обеспечить достаточно надежное протекание пускового режима, при котором, как известно , величина напр жени  должна быть заметно повышена по сравнению с номинальным режимом управлени  (наиболее целесообразно при этом поддерживать ве00

ю ы

го

личину напр жени  в пусковом режиме повышенной и посто нной, как показано дл  диапазона выходных частот FnrMFn на фиг,2).

Целью изобретени   вл етс  повышение качества и увеличение надежности осуществлени режимапуска преобразовател , нагруженного на асинхронный электродвигатель.

, На фиг.1 изображена упрощенна  структура силовых цепей трехфазного вентильного мостового преобразовател  на базе инвертора напр жени  на полностью управл емых ключах, нагруженного на асинхронный двигатель АД; на фиг.2 - полна  регулировочна  характеристика преобразовател ; на фиг.З - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формировани  управл ющих сигналов; на фиг,4 - блок-схема системы управлени  преобразователем .

Одним из наиболее экономичных и часто использующих законов управлени  преобразовател мидл систем частотно-регулируемого электропривода  вл етс  закон регулировани  с посто нством отношени  величины выходного напр жени  к частоте. Пр этом величина напр жени , как показано на фиг.2 дл  номинального N-кратного диапазона выход ных частот MFnvMNFn, растет пр мо пропорционально с уветичением выходной частоты преобразовател . Процесс регулировани  преобразовател  на базе автономного инвертора напр жени  в атом случае, в соответствии с базовым способом, обеспечивающем плавное безударное изменение формы выходной кривой, осуществл етс  по двухэтапному алгоритму, за счет посто нной поэтапной вариации длительностей основных и модулирующих сигналов управлени , формируемых в тактовых точках, рас- положенных в серединах тактовых интервалов 60-градусных продолжительно- стей. Модулирующие сигналы управлени , разноименные с соответствующим полупериодом управлени , формируютс  в серединах тактовых подинтервалов

прот женностью т С Е-гттг начало

первого из которых и конец последнего из которых синхронизируютс  с началом и концом тактового интервала. На поддиапазонах управлени , на которых регулирование осуществл етс  за счет изменени  продолжительности центральных на тактовых интервалах основных сигналов управлени , длительность Я модулирующих сигналов управлени  варьируют в зависимости от текущих значений выходной частоты преобразовател  и от количества I формируемых модулирующих сигналов внутри каждой половины тактовых интервалов в соответст- вии с выражением

Л

1 П

1

12 I F FnMN

0

5

0

5

0

5

0

5

При увеличении выходной частоты верхней частотной границей такого поддиапазона

с MN (2I - 1)  вл етс  частота FI Fn о /01 i i на

которой продолжительность центрального основного сигнала управлени  снижаетс  до близкого к нулю значени .

Внутри поддиапазонов управлени , на которых в центрах тактовых интервалов формируютс  модулирующие сигналы управлени , их (центральных сигналов управлени ) длительность Я измен етс  по зависимости

1 2(1 -1)(21 - 1) + 1

, а продол6 F6 Fn MM (21 -Т)

жительность Я остальных модулирующих сигналовнаходитс как

Я a В РХИЯЯ Фаница таких поддиапазонов наблюдаетс  на частоFn MN

i3X h Т( -1)(2I -1) + 1

В пусковом режиме работы преобразовател , начина  с начальной пусковой час- i оты Fn /1 до частоты MFf), соответствующей выходу на номинальный режим, практически необходимо обеспечить повышенные по сравнению с номинальными величинами амплитуды выходного напр жени . Наиболее целесообразно при этом величину напр жени  преобразовател  в пусковом диапазоне FnrMFn поддерживать, как показано на фиг.2. повышенной и посто нной.

Режим формировани  управл ющих сигналов на вентили преобразовател  при этом видоизмен етс . Вышеупом нутые значени  граничных частот, переходных от одного поддиапазона регулировани  к другому , определ ютс  соответственно как:

„ (2l -1) + 1 121(21 -1)

с- Fn М N (21 -1)-1 F|2 (1-1) (21-1)

0

дл диапазоновчастотР| Р Fi+i длительности Я модулирующих сигналов управлеN -1

ни  определ ютс  как Я -

12FiN

а на

поддиапазонах, при которых Fi F N ГГ , продолжительности А и Я наход тс  как

; 1 , I ,

Л 6NlFnM F()J

v JCLi1)l2j-J)

6F 3 Fn (2i - 1)-1

Граница указанного здесь пускового режима достигаетс  на частоте РПМ, после которой формирование управл ющих сигналов на вентили преобразовател  производитс  по описанным выше базовым законам регулировани  в номинальном режиме.

На фиг.З построены временные диаграммы управл ющих сигналов Uy и линейного выходного напр жени  преобразовател  UAB соответственно дл  двух упом нутых поддиапазонов пускового режима. Кривые фиг.З,а относ тс  к поддиапазонам , на которых FI F FI-H , а циклограммы сигналов на фиг.3,6 иллюстрируют поддиапазоны регулирова- ни  при Fi F FI. Так, задава сь конкретными значени ми М 2 и N 6, суммарна  величи .а диапазона регулировани  преобразовател  от пусковой частоты Fn до верхней (номинальной)частоты составит M-N - 2 6 12. При этом от частоты Fn до MFn 2 Fn формирование управл ющих сигналов на вентили преобразовател  будет осуществл тьс  в соответствии с за вл емым законом пускового управлени , а от частоты 2 Fn до частоты MNFn 12 Fn режим св занного регулировани  частоты и напр жени  должен соответствовать номинальному закону управлени  с посто нством отношени  величины напр жени  к частоте. Начальное число I модулирующих сигналов управлени  внутри половин тактовых интервалов нахоМ N с , дитс  при этом как 6 (в случае

нечетной величины произведени  M-N начальное значение I определ етс  как М N + 1 .

2

Соответственно дл  конкретного анализируемого варианта: дл  й: „ Р„.(2-6-0 + «1 67

г-. г- . г

при

к-

2-6(2.б-) 55

с

6ifn

2F;N 12-6 6F 432F

Fn-g M3-6-0-0 j5 приГ6 о.(6-0(2 6-1) И

n

l-(- 2Fn

J 1F

М

J IU , М F Mfrii ,11, О,

., t;fn

н

7Rf, 1

Г Г

63

56

. 4F/ дл  1 4: ,

при F

,ъ

6F 63Fn

Г r 43

В Ъ дл  I - 3:

286F 7

г Ч I гпри Fn

о, - J. JL л L -

A 3feUrn 7Г/ A 6F ftTF

0

,.

5

0

5

0

5

,AAFn 2Fn 2TiT

Начина  с частоты F MFn - 2 Fn процесс дальнейшего увеличени  выходной частоты преобразовател  вплоть до верхней выходной частоты MNFn 12 FM сопровождаетс  формированием управл ющих сигналов в соответствии с вышеприведенными зависимост ми, характеризующими номинальный закон управлени  г посто нством отношении величины напр  тсени  к частоте.

Дм  улучшени  спектрального состава выходного напр жени  преобёа-1 атслч в процессе пус- а г.пжет Сыть испсльзован принцип форги1рл;ан1 .  дополнительных компенсирующих импульсов При этом на периоде выходной частоты, внутри интервалов О 30. 150-180. S80-210 и 330 360 эл.град., как показано пунктиром в кривой UAB на фиг.З, формируютс  дополнительные модулирующие сигналы управлени , ближние к границам полупериодов фронты которых синтезируют пути сдвига на ± 60 эл.град. ближних к серединам полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных модулирующих сигналов управлени .

Продолжительность у дополнительных модулирующих сигналов определ етс  как у 0,27 ( г -Я ). Это позвол ет обеспечить в пусковом режиме значительное, вплоть до нулевых значений, уменьшение амплитуд п той и седьмой гармонических составл ю щих спектра выходного напр жени  преобразовател  и улучшить тем самым качество протексзни  режима пуска питающегос  от преобразовател  асинхронного двигател , крайне чувствительного на пусковых частотах к возмущающим воздействи м.

Обобщенна  блок-схема системы управлени  преобразователем, реализующей

rpetv Myio посл° дои rt :, ;юрмирг ьа ни  управл ющих сигналов на вентили пре образовзтел , представлено на фиг -1 Система выполнена по вертикальному принципу, в качестпг- ОПЪМРНТНОЙ бати здесь наиболее целесообразна использовать цифровую микроэлектронику Выходной сигнал Ui блока 1 задани  пыходнои частоты преобразователе, величина которого пр мо пропорциональна значению часто ты, поступает на входы тактового генератора 2 и функционального М -N -- канального по выходу преобразовател  3. Частота следовани  импульсов генератора 2 определ й частоту выходного сигнал блока развертки 4, котора  при этом на г-сог-1 диапазоне регулировани  в 6 ро выше чч- ходной частоты преобразовател . Сигнал блока 4 посто нно сопоставл етс  в блоке формировани  управл ющих импульсов 5 е выходными сигналами Уз Функционального преобразовател  3. величина которых про порциональна текущим значени м положений фронтов ai--«2| управл ющих импульсов внутри тактовых интервалом (см временные диаграммы на фиг.З). Укгпаннио значени  а предварите;,ино определ ю .-, расчетным путем в co Ti i i-тг i ми -выи , , занными зависимой «г..и, ;г ,, ii .o ми режим ,1-иТ.млр i ч J способа управлени  В мимог TO цлп-м г,, текущих значений сип зтп , блочок 3 блоком 5 вырлба1ьвамт   на bop миоосание фрон гоп упр.лзл юши (и ных) импульсов котор (о рчсппр ;.пЯ|Отог

ПО СОС ТВСТСТЧуГОЩИМ 10НТИЛГЧ ф ХфЭЗНО

мостовой схемы при погюни л шит-ого распределител  6, СРПЗ iHi i . с пти тактовыми входами с сооткегствуощими выходами трехразр дного регис. рл 7, пере ключаемого тактовыми импульсами генератора 2.

Таким образом, описанный поп док формировани  управл юи, -- сигн мов на вентили трехфазного прео&ригмвател  нагруженного на асинхронный электродпмы- тель, обеспечивает повышенное относительное значение выходнок/ напр  жени  в пусковом режиме, повыша  тем самым качество и надежность осущестплени  процесса пуска,  вл ющегос  одним из самых ответственных динамических режимов в системах частотно-регулируемого электропривода переменного тока на базе преобразователей частоты инверторного типа

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   5

   0

   5

   0

   0

   5

   0

   5

   . Способ управлени  трехфазным вен- гильным преобразователем с М-кратным св занным регулированием выходных частоты и напр жени  преобразовател  по закону посто нства отношени  величины напр ик- ни  f частоте, заключающийс  в том, 4)0 основные вентили разных фаз и групп преобразовател  периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град. в последовательности - А, -С, +В, -A, t-C, -В, при этом дл  каждого вентил  в течение одного полупериода от О до 180 эл.град. формируют интервал проводимости вентил , и течение другого полупериода от 180 до 360 элiрад формируют интервал закрытого состо ни  вентил , внутри актовых интервалов проводимости от 60 до 120 эл град, и внутри тактовых интервалов закрытого состо ни  от 240 до 300 эл.град. спммефично относительно середин тактовых интервалов формируют разноименные с соответствующим интервалом модулирующие сигналы управлени , коли- чесюо которых уменьшаетс  с ростом выходной частоты преобразовател  F, причем на начальной (пусковой) выходной частоте пиеоОроз влел  FM каждый тактовый ин- rormi n разоивйют на М N подинторвалов продолжительностью 1/6FnMN, а в про- н- t.ce регулировани  (увеличени ) выходной частоты формирование каждого 1-го от нача- ; a f актового интервала модулирующего сиг- .iia у пр тчленл , каждый из которых iJnpr H(iyi r,i в середине соответствующего i нового шдиит-ернала с продолжительно- . чо г, н .иало первого из которых на всем диапази- j регулировани  синхронизировано с началом (актового интеррала, осуществл ют при изменении выходной частоты преобразовател  от Fn до F/ , при этом при изменении выходной частоты от FI+I до FH (Fi+i FI . FI ) внутри каждой половины TUKTOBJX .интервалов формируют по I, модулирующих cm налов управлени  с длительностью / . при FI F FI на каждой половине тактовых интервалов формируют по 1-1 модулирующих сигналов управлени  с длительное,чо Я. а 1-й модулирующий сигнал управлени  с продолжительностью А си(тезируют в центре каждого тактового интервала, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества и повышени  надежности пуска фехфэзного преобразовател , нагруженного на асинхронный электродвигатель, в процессе пуска в диапазоне пусковых частот Fn-MFn значени  граничных частот переходных от одного д 1апазона регулировани  к другому, определ ют как

   c,(2l-1)-1 . n2(1 -1)(2I -1)

   r.,)(2l-1) +

   h|21 (21 - 1)

   при Fi F Fi-n длительность Я модулирующих сигналов управлени  принимают равной Я (N-1)/12FiN, а при R F FI длительность Я модулирующих сигналов управлени  определ ют как

   1

   1

   6NlFnM F(2I -1)

   а длительность Я центрального на тактовых интервалах модулирующего сигнала управлени  определ ют из функциональной зависимости 1

   I

   Я

   1 (|-1)(21-1) , 6 F 3 Fn М N(2 - 1)- 1

   где I - количество модулирующих сигналов управлени , формируемых внутри половин тактовых 60-градусных интервалов, включа  центральный модулирующий сигнал на поддиапазонах Fi F Fi .

   2, Способ по п.1,отличающийс  тем, что внутри интервалов 0-30; 150-180; 180-210 и 330-360 эл.град. генерируют дополнительные модулирующие сигналы управлени  длительностью у 0.27 (г-Я), ближние к границам полупериодов фронты которых формируют путем сдвига на ± 60 эл.град. ближних к серединам полупериодов фронтов соответствующих одноименных основных модулирующих сигналов управлени , где г 1/6FnMN - продолжи

   Фиг.1

   Фиг.2

   №Fn

   . ,T: j L..n-J3-..nT;

   60

   r r

   I

   Ч п п п п п п ni n

   За

   3 -, it) У.

   Dr есп г п

   --- г т w

   I Г 1 П. П Г 1 П I

   ai az

   . .З

   X

   т

   1 П