SU1037404A1

SU1037404A1 - Method of controlling output phase voltages of three-phase frequency converter

Info

Publication number: SU1037404A1
Application number: SU802876558A
Authority: SU
Inventors: Александр Меерович Вейнгер; Лев Ханинович Дацковский; Владимир Юрьевич Зуев; Борис Зиновьевич Интенберг; Иван Семенович Кузнецов; Александр Семенович Савельев; Владимир Михайлович Семкин; Игорь Михайлович Серый; Александр Васильевич Сидякин; Александр Александрович Янко-Триницкий
Original assignee: Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова; Предприятие П/Я М-5973
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1983-08-23

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в электроприводе, содержащем двигатель переменного тока (асинхронный,асинхронизированный синхронный или синхронный ), преобразователь частоты, например непосредственный преобразо .ватель частоты, и систему автоматического регулировани , формирующую задающие сигналы дл преобразовател частоты, примем трехфазный преобразователь частоты соединен по отношению к нагрузке - трехфазной обмотке двигател - по схеме Звезда без нейтрального провода, Известен способ регулировани выходных фазных напр жений преобразовател частоты, основанный на формировании синусоидальных гладких составл ющих линейных выходных напр жений , согласно которому гладкие составл ющие фазных напр жений также формируютс синусоидальными, синусоидальные задающие напр жени одновременно вл ютс управл ющими напр жени ми преобразовател частоты, например непосредственного преобразо вател частоты с арккосинусоидальной характеристикой угла .управлени , т.е линейной характеристикой вход-выход 1 J. Недостатками данного способа вл ютс малое использование габаритной мощности и низкие энергетические показатели преобразовател частоты. Суммарна габаритна мощность тирис торных преобразователей должна быть по крайней мере в 2 раза больше максимальной мощности двигател , коэффициент мощности преобразовател на стороне питающей сети - меньше, чем у тиристорного электропривода посто ного тока, потребл ема от сети реак тивна мощность весьма значительна. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс спо соб регулировани фазных напр жений преобразовател частоты, при котором задают величину и форму модулирующего напр жени в каждой фазе пре образовател , формируют фазные напр жени на выходе преобразовател в соответствии с фазными модулирующи ми напр жени ми путем коммутации, вен тилей преобразовател 2. Согласно этому способу фазные напр жени формируют синусоидальными в большей части диапазона напр жений, а при амплитуде линейных напр жений близкой к максимальной, фазные напр жени формируютс близкими к трапецеидальным . Благодар этому необходимое максимальное фазное напр жение оказываетс в У 3/2 раз, т.е. примерно на 15%, сниженным, при той же амплитуде линейных напр жений, по сравнению с известным способом. В таком же соотношении уменьшаетс необходима габаритна мощность преобразовател частоты. Энергетические показатели улучшаютс , повышаетс коэффициент мощности, потребление реёктивной мощности уменьшаетс . Хот данный способ обеспечивает определенное улучшение энергетических показателей преобразовател частоты, эти показатели остаютс все же недостаточными , особенно в зоне пониженных выходных напр жений. Максимальна реактивна мощность, потребл е-ма от питающей сети 0, Л5 „ом где К - коэффициент запаса по напр жению; у1 - кратность максимального тока; S - номинальна полна мощность Ном нагрузки, например трехфазной обмотки машины переменного тока. Максимальна реак -ивна мощность, в лучшем случае, все же примерно на 15 больше, чем дл тиристорного преобразовател , питающего двигатель посто нного тока той же мощности и перегрузочной способности. Цель изобретени - повышение энергетических показателей преобразовател частоты, в частности повышение коэффициента мощности непосредственного преобразовател частоты и уменьшение потребл емой от сети реактивной мощности. Указанна цель достигаетс тем, чтоJсогласно способу регулировани выходных фазных напр жений трехфазного преобразовател частоты, соединенного по схеме Звезда без нейтрального провода по отношению к нагрузке , при котором задают величину и форму модулирующего напр жени в каждой фазе преобразовател , формируют фазные напр жени на выходе преобразовател в соответствии с фазными модулирующими напр жени ми путем коммутации вентилей преобразовател , 3 , сравнивают в каждый момент времени между собой мгновенные значени указанных задающих напр жений, определ ют наибольшее по абсолютной величи не задающее напр жение, формируют напр жение той же пЬл рности, как и у наибольшего по абсолютной величине задающего напр жени , сравнивают сформированное напр жение с наибольшим по абсолютной величине зада щим напр жением, результат сравнени добавл ют ко всем задак цим напр женапр жени в качестве модулирующих напр жений дл формировани фазных напр жений на выходе преобразовател На фиг. 1 представлена функциональна схема предлагаемого устройст ва, реализующего данный способ; на фиг. 2 - диаграммы напр жени , по сн ющие способ. Устройство содержит трехфазный преобразователь t частоты, трехфазну обмотку двигател 2 переменного тока элемент 3 сравнени по максимуму, элемент k сравнени по минимуму, усилитель-ограничитель 5, соответственно второй, третий и первый промежуточные суммирукицие элементы 6-8, нелинейные элементы 9-11, выходные суммирующие элементы 12-Н. В качест ве задатчика модулирующего напр жени выступают напр жени задани . Первые ,входы суммирущих элементов 12-й соединены с входами задатчика модулирующих напр жений, вторые входы - с выходом суммирующего элемента 6, первый вход элемента 6 подключен к выходу усилител -ограничи1 п 5 второй вход - к выходу суммирующего элемента 7. Выходы элемен та 7 подключены через нелинейные эле менты ЭИ к выходам элементов 12-1 Вход усилител -ограничител 5 присо динен к выходу суммирующего элемент 8, а входы элемента 8 подключены к выходам элементов 3 и 4 сравнени , входы которых соединены с выходами задатчика модулирующих напр жений. Элементы 3 и 4 сравнени определ ют наибольшее- ,т наименьшее ItyiYjin из мгновенных значений фазных задающих напр жений, элемент 8 и усилитель-ограничитель 5 формируют уровень напр жени ограничени UQ той же пол рности, что и наибольшее по абсолютной величине задающее напр жение , элемент 6 формирует напр жение URN добавл емое ко всем 01 Задающим напр жени м, сравнение наибольшего по абсолютной величине задающего напр жени с напр жением oi- раничени той же пол рности осуществл етс в элементах 2- и 9-11. В элементах 12-1 одновременно формируютс фазные управл ющие напр жени . Нелинейные элементы 9г11 имеют зону нечувствительности, а при выходе из зоны - очень больиюе усиление . Зона нечувствительности соответствует в каждом направлении напр жению ограничени Vorp . Усилительограничитель имеет большое усиление и ограничение выходного напр жени в пределах iVoTp . Способ осуществл етс следующим образом. В каждый момент времени сравнивают между собой задающие напр жени U и, . (фиг. 2)j контролируют наибольшее из них и наименьшее U- (rt-ivi , формируют напр жение U такой же пол рности, как у наибольшего по абсолютной величине- задающего напр жени , сравнивают наибольшее по абсолютной величине задающее напр жение с напр жением U.., результатом сравнени вл етс напр жение ugfj, добавл емое ко всем фазным задающим напр жени м, и таким образом формируютс фазные управл ющие напр жени , а, интервале времени А (фиг.2) наибольшим по абсолютной величине вл етс положительное фазное задающее напр жение -tfO Поэтому положительное напр жение по абсолютной величине больше, чем отрицательное напр жение Uy, напр жение на выходе суммирующего элемента 8 положительно , напр жение на входе усилител -ограничител 5 принимает значение . Это напр жение через суммирующий элемент 6 попадает на вход суммирующего элемента 13, напр жение элемента 13 достигает уровн +V(jf.p и несколько превосходит его,-открываетс нелинейный элемент 11, имеющий в открытой зоне большое усиление, через этот элемент и элемент 7 действует на вход элемента 6 сильна отрицательна обратна св зь. В результате напр жение Up на выходе элемента 6 принимает такую величину, что напр жение лишь незначительно I превышает уровень , при этом The invention relates to electrical engineering and can be used in an electric drive containing an AC motor (asynchronous, asynchronized synchronous or synchronous), a frequency converter, such as a direct frequency converter, and an automatic control system that generates the drive signals for the frequency converter, will adopt a three-phase frequency converter connected in relation to the load - a three-phase winding of the engine - according to the scheme Star without a neutral wire Output phase voltage converter voltages based on the formation of sinusoidal smooth linear output voltage components, according to which the smooth phase voltage components also form sinusoidal, sinusoidal driving voltages at the same time are the control voltages of the frequency converter, such as direct voltage transformers frequency clock with arc cosine characteristic of the steering angle, i.e., the linear characteristic of the input-output 1 J. The disadvantages of this The method is low utilization of overall power and low energy performance of the frequency converter. The total overall power of thyristor converters should be at least 2 times the maximum motor power, the power factor of the inverter on the mains side is less than that of the thyristor DC drive, the power consumed from the network is very significant. The closest to the proposed technical essence is the method of controlling the phase voltages of the frequency converter, which determine the magnitude and shape of the modulating voltage in each phase of the converter, form phase voltages at the output of the converter in accordance with the phase modulating voltages by of the commutation, the fan voltage of the converter 2. According to this method, the phase voltages are sinusoidal in most part of the voltage range, and at the amplitude of the linear voltages close to maxi cial, phase voltage are formed close to trapezoidal. Due to this, the required maximum phase voltage is 3/2 times Y, i.e. by about 15%, reduced, with the same amplitude of linear stresses, as compared with the known method. In the same ratio, the required overall power of the frequency converter is reduced. The energy performance is improved, the power factor rises, the consumption of re-reactive power decreases. Although this method provides a definite improvement in the energy performance of the frequency converter, these performance indicators are still insufficient, especially in the zone of lower output voltages. The maximum reactive power consumed by the e-ma from the mains 0, L5 where K is the safety factor for voltage; y1 - the maximum current ratio; S is the nominal full power nominal load, for example, the three-phase winding of an ac machine. The maximum reactive power, at best, is still about 15 more than for a thyristor converter that supplies the DC motor of the same power and overload capacity. The purpose of the invention is to increase the energy performance of the frequency converter, in particular the increase in the power factor of the direct frequency converter and the reduction of the reactive power consumed from the network. This goal is achieved by the fact that according to the method of controlling the output phase voltages of a three-phase frequency converter connected according to the Star without a neutral conductor scheme relative to the load, at which the magnitude and shape of the modulating voltage in each phase of the converter is formed, phase voltages are generated at the converter output according to phase modulating voltages, by switching the converter valves, 3, the instantaneous values of the indicated values are compared at each time instant of the stresses, determine the largest in absolute magnitude not setting voltage, form the voltage of the same polarity as that of the largest in absolute value specifying the voltage, compare the generated voltage with the largest in absolute value setting voltage added to all zadakim voltage as a modulating voltage for the formation of phase voltages at the output of the converter. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device implementing this method; in fig. 2 - voltage diagrams, referring to the method. The device contains a three-phase frequency converter t, a three-phase motor winding 2 AC current comparison element 3 maximum, comparison element k minimum, amplifier-limiter 5, respectively, second, third and first intermediate summation elements 6-8, nonlinear elements 9-11, output summing elements 12-H. The voltage of the task acts as the modulator of the modulating voltage. The first inputs of the summing elements of the 12th are connected to the inputs of the modulating voltage setting unit, the second inputs are connected to the output of the summing element 6, the first input of the element 6 is connected to the output of the amplifier limiting n 5 second input to the output of the summing element 7. Element 7 outputs connected via nonlinear EI elements to the outputs of elements 12-1. The input of the amplifier-limiter 5 is connected to the output of summing element 8, and the inputs of element 8 are connected to the outputs of comparison elements 3 and 4, the inputs of which are connected to the outputs of the generator of modulating voltage Nij. Elements 3 and 4 of the comparison determine the largest, the smallest ItyiYjin of the instantaneous values of the phase setting voltages, the element 8 and the amplifier-limiter 5 form the level of the limiting voltage UQ of the same polarity as the largest in magnitude setting voltage, element 6 forms the voltage URN added to all 01 Set voltages, the comparison of the largest absolute value of the set voltage with voltage oi of the same polarity is carried out in elements 2- and 9-11. Elements 12-1 simultaneously form phase control voltages. The nonlinear elements 9g11 have an insensitivity zone, and when they leave the zone they are very much stronger amplification. The dead band corresponds in each direction to the voltage limit of the Vorp. The amplifier limiter has a large gain and limited output voltage within iVoTp. The method is carried out as follows. At each instant of time, the voltages U and,, are compared with each other. (Fig. 2) j control the largest of them and the smallest U- (rt-ivi, form a voltage U of the same polarity as that of the largest in magnitude - the driving voltage, compare the largest in magnitude of the driving voltage U .., the result of the comparison is the voltage ugfj added to all the phase setting voltages, and thus the phase control voltages are formed, and, the time interval A (figure 2) is largest in absolute value is the positive phase driving voltage -tfO So put The absolute voltage is greater in magnitude than the negative voltage Uy, the voltage at the output of summing element 8 is positive, the voltage at the input of amplifier limiter 5 takes its value. This voltage goes through the summing element 6 to the input of summing element 13, the voltage element 13 reaches the + V level (jf.p and slightly exceeds it, the nonlinear element 11, which has a large gain in the open zone, opens, through this element and element 7, the input of element 6 is strongly negative feedback. As a result, the voltage Up at the output of the element 6 takes on such a value that the voltage only slightly exceeds the level, while

Поскольку капр женАе (Лц.г4 суммируетс со всеми фазными задающими напр жени ми , линейные напр жени на выходе преобразовател частоты остаютс синусоидальными.Since the capacitor voltage (Lg.d4) is summed with all phase driving voltages, the linear voltages at the output of the frequency converter remain sinusoidal.

На следующем интервале времени В наибольшим по абсолютной величине вл етс отрицательное задающее напр жение Отрицательное напр жение ( ° абсолютной величине больше чем положительное if.wiv, напр жение усилител ограничител становитс равным , напр жение на выходе элемента I становитс несколько ниже /()гр, открываетЬ нелинейный элемент 9 напр жение на выходе элемента 6 устанавливаетс на уровне .In the next time interval B the absolute absolute value is the negative voltage setting Negative voltage (° the absolute value is greater than the positive if.wiv, the voltage of the limiter amplifier becomes equal, the voltage at the output of element I becomes slightly lower / () g, opening the non-linear element 9, the voltage at the output of the element 6 is set at a level.

URN--Uyc- Vorp.URN - Uyc- Vorp.

В течение каждого интервала одно из фазных управл ющих напр жений поддерживаетс на уровне, соответствующем напр жению ограничени , соответственно и фазное напр жение преобразовател частоты также - на уровне ограничени .During each interval, one of the phase control voltages is maintained at a level corresponding to the limiting voltage, respectively, and the phase voltage of the frequency converter is also at the limiting level.

Регулирование по данному способу переводит один из фазных преобразователей в режим максимального напр же ни при любой амплитуде линейных напр жений , в то врем как при регулировании согласно известному способу такие режимы имеют место только rvpn максимальной амплитуде линейных напр жений.The regulation in this method converts one of the phase transducers to the maximum voltage mode at any amplitude of the linear voltages, while in the regulation according to the well-known method, such regimes take place only the rvpn maximum amplitude of the linear voltages.

Такое свойство режимов преобразовател частоты ведет к повышению энергетических показателей. Благодар тому, что ко всем фазным напр жени м добавл етс одна и та же величина , обеспечиваетс точное воспроизведение необходимых линейных напр жений , даже при малой их амплитуде . В данном случае непосредственного преобразовател частоты предлагаемый способ обеспечит повышение коэффициента мощности и уменьшение реактивной мощности потребл емой от сетSuch a property of the frequency converter modes leads to an increase in the energy indices. Due to the fact that the same magnitude is added to all phase voltages, the required linear voltages are reproduced accurately, even at low amplitudes. In this case, a direct frequency converter, the proposed method will provide an increase in power factor and a decrease in the reactive power consumed from the network.

Уменьшение потребл емой реактивной мощности дает экономию за счет компенсирующих средств, за счет снижени потерь энергии в питающей сети и повышени стабильности напр жени в узле нагрузки, от которого питаетс преобразователь частоты. Особенно значительный эффект дл случа , когда преобразователь частоты питает двигатель с резко переменной нагрузкой , так как в этом Ьлучае особенно затрудн етс задача компенсации реактивной мощности.A decrease in reactive power consumption saves money due to compensating means, by reducing energy losses in the supply network and increasing the stability of the voltage at the load node that powers the frequency converter. A particularly significant effect for the case where the frequency converter feeds the motor with a sharply variable load, since in this case the problem of reactive power compensation is particularly difficult.

иand

ЗГ/iZG / i

Sf/tSf / t

Claims

METHOD FOR REGULATING OUTPUT PHASE VOLTAGES OF THREE-PHASE FREQUENCY CONVERTER, connected to the Star circuit without a neutral wire with respect to the load, at which the magnitude and shape of the modulating voltage in each phase of the converter are set and the phase voltages at the converter output are formed in accordance with the phase-modulating voltage converters by switching phase-modulating voltage converters by , characterized in that, in order to increase the energy performance of the frequency Converter, compare at each time ezhdu an instantaneous value of said predetermined voltage, determined by the highest absolute rank orders specifying voltage form the voltage of the same polarity; as with the highest absolute value of the reference voltage, they are compared with the generated voltage with the highest absolute value of the 1 / voltage, the comparison result is added to all the reference voltages, | (using the obtained total voltage values as modulating voltages for the formation of phase voltages at the output of the Converter.

>