SU1464269A1 - Способ управлени преобразователем частоты с непосредственной св зью - Google Patents

Description

фиксируют значение опорного сигнала в момент естественного включени  тиристоров и устанавливают величину сигнала ограничени  больше зафиксированного значени  опорного сигнала.

но меньше значени  эталонног о сигнала начального уровн , в номинальном режиме устанавливают амплитуду управл ющего сигнала на уровне, не превышающем зафиксированного значени  опорного сигнала.

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано |цл  управлени  преобразователем час |тоты с непосредственной св зью и естественной коммутацией, вход щим в состав источника электропитани  1еременного тока стабильной частоты I . Цель изобретени  - улучшение фор- ы выходного напр жени  и повьш1ение Загрузочной .способности преобразо- рател  частоты,

I На фиг. , представлена схема уст- Ьойства, реализующего способ управ- Цни ; на фиг, 2 - схема преобразо- |вател  с непосредственной св зью; на фиг. 3 - диаграммы, по сн ющие |:пособ и работу устройства. I Устройство, реализующее предла- аемый способ содержит генератор 1 Задающего напр жени  синусоидальной формы, выход которого соединен с пер HW входом сумматора 2, Выход сумматора 2 подключен к входу усипител - Ьграничител  3, к другому входу ко- jroporo подкхлочен первый выход источ- |1ика 4 эталонных напр жений, второй Ьыход которого подключен к входу ге- kepaTopa 5 опорных сигналов. Выход Генератора 5 соединен с одним входом Блока 6 компараторов, второй вход ко горого соединен с выходом усилител - ограничител  3. Выход блока 6 через блок 7 формирователей импульсов под- Клю чен к управл ющему входу преобразовател  8, который получает питание от первичного источника 9 переменного напр жени , выход которого через блок 10 синхронизации подключен к второму входу генератора 5. Выход преобразовател  8 через силовой фильтр 11 подключен к нагрузке 12. В код фильтра 11 через блок 13 обрат- Аой св зи соединен с вторьп-i входом сумматора 2.

Первичный источник 9 вырабатьша- ет многофазное переменное напр жение синусоидальной формы, которое- поступает на вход преобразовател  8 и на вход блока 10. На фиг. 2 показана развернута  схема преобразовател  8, источника 9 и блока 10, в которой источник 9 представлен шестью фазными источниками 1 4-1 9 переменной ЭДС, формирующими симметричную шестифаэную последовательность сигналов, преобразователь 8 содержит дроссели 20-25 и тиристоры 26-37, преобразователь 8 подключен через конденсатор 38 фильтра 11 к pesHCTOpiy 39 нагрузки 12, а б ок 10 представл ет собой набор компараторов входы которых подключены к источникам 14-19. Блок 10 формирует напр жени  пр моугольной-формы по числу фаз источника 9, синхронизированные по фазе с ЭДС источника. Сформированные напр жени  пр моугольной формы поступают на вход генератора 5 опорных сигналов и используютс  при формировании опорных сигналов пилообразной формы в качестве синхронизирующих сигналов, определ ющих сдвиг фазы опорных сигналов относительно ЭДС источников 14-19. На два других входа генератора 5 опорных сигналов поступают эталонный сигнал начального уровн  ГГц , например, положительной пол рности и эталонное напр жение U противоположной отрицательной пол рности с выхода источника 4. Эти два сигнала определ ют верхний и нижний уровни опорных сигналов пилообразной формы, вырабатываемых генератором 5. Источник 4 также формирует сигнал ограничени  Uerтой же.пол рности, что и эталонный сигнал начального уровн  и„,но меньшей величины. Сигнал Uor поступает на управл ющий вход усилител 5

ррраничител  3, формирующего управл ющий сигнал.

Управл ющий сигнал представл ет собой низкочастотное переменное напр жение , повтор ющее форму сигнал на вьжоде сумматора 2, если амплитуда его меньше сигнала Uor, и равное tUor на интервале превышени  модулем выходного сигнала сумматора 2 уровн  сигнала . Удравл ю- щий сигнал с выхода усилител -ограничител  3 и опорные сигналы пилообразной формы с выхода генератора 5 поступают в блок 6, в котором вы- рабатьюаютс  импульсы управлени  в моменты равенства опорньк и управл ющего сигналов. Эти импульсы формируютс  по длительности, усиливаютс  по мощности в блоке 7 и подаютс  на управл ющие электроды тиристоров преобразовател  8.

Дл  по снени  принципа формировани  опорных сигналов пилообразной формы и управл ющего сигнала рассмо , РИМ диаграммы (фиг , 3), на которых показана система ЭДС источников 14- 19, дл  шестифазной нулевой схемы преобразовател  (фиг. 2), одно из напр жений пр моугольной формы и один из опорных сигналов пилообразной формы, формируемых генератором 5. Дл  формировани  опорных сигналов вьщел ютс  характерные моменты времени tg . Момент t соответствует началу положительной полуволны фазной ЭДС питающей сети; момент tj - пересечению ЭДС фаз питающей сети между собой в точке естественного включени  тиристоров дл  шестифазной нулевой схемы} синхронизирующий момент ti выбран в точке пересечени  ЭДС фаз питающей сети между собой, опережающей момен естественного включени  tj и отстающей от момента t, соответствующего началу положительной полуволны фазной ЭДС питающей сети; момент t отстает от момента естественного включени  tj на 90 зл.град. момент tf отстает от момента t на 180 зл. град. В блоке 10 на интервале времени tj - tfp,JiH каждой фазы преобразовател  8 с помощью компараторов блока 10 формируютс  напр жени  Urt . Кот параторы блока 10 осуществл ют сравнение ЭДС фаз питающей сети и формируют напр жение Ur,, фронты которых совпадают с момен642696

тами пересечени  соответствующих фазных ЭДС (фиг. 3) .

Сформированные компараторами блока 1 О напр жени  U,, поступают в генератор 5, который формирует опорные сигналы пилообразной формы дл  каждого тиристора 26-37 преобразовател  8. Опорные сигналы Up со10 держат линейные участки пр мого хода длительностью 180 зл.град. В начале каждого участка напр жение по величине равно сигналу и по фазе совпадает с моментом tgjB конце участ15 ка напр жение равно напр жению U и по фазе совпадает с моментом t.. Участки обратного хода следуют за моментами t и имеют длительность менее 180 зл.град. Участки неизмен- 20 ного напр жени  равны сигналу U на интервале tj- t между участками обратного и пр мого хода.

Сигнал и„, напр жение Uf, , а также 25 ограничени  Ugf- формируютс  источником 4.

Дл  реализации способа управлени  необходимо обеспечить определенные соотношени  между величинами посто нных сигналов UA, UH, UOT и амплитудой управл ющего сигнала, величина которой измен етс  при изменении режима работы нагрузки 12, Дл  этого , во-первых, источник 4 формирует сигналы Uj,, ид , Uor с определенным 35 соотношением их значений по модулю, однозначно св занным с фазовыми соотношени ми между началом пр мого хода опорных сигналов (tj) и моментом естественного включени  тиристоров в данной фазе. Это соотно шение определ етс  формулой

и -и Г+ 2(ti, - t)

А jT - 2u)(t, - t,)

5 где частота сетевого напр жени . При этом начало формировани  пр мого хода опорных сигналов совпадает с моментами времени t, когда величина опорного сигнала равна эталонному

0 сигналу начального уровн  U, и заканчиваетс  через 180 эл.град. в моменты времени tj, когда опорный сигнал равен эталонному напр жению Од . Соотношение напр жени  Ид и

5 сигнала UK таково, что моменты перехода через ноль опорных сигналов (tfl) на участке пр мого хода отстают на 90 эл.град. от моментов естественного включени  tj. Интервал t, - t

30

0

соответствует посто нству опорного сигнала, который поддерживаетс  равным эталонному сигналу начального уровн . При таком выборе синхронизирующих моментов tj и выполнении равенства в соотношении, св зьшающем Цц и и начало пр мого хода опорного сигнала смещаетс  в сторону опережени  относительно моментов естественного включени  tj на ЗО эл.град При этом обеспечиваетс  согласование управлени  комплектами тиристорами преобразовател , т.е. равенство углов управлени  тиристорами выпр мительного (тиристоры 26-31) и ин- верторного (тиристоры 32-37) комплектов при одинаковых сигналах управлени . При-этом моментам естественного включени  t соответствует предельный уровень управл ющего сигнала посто нного тока U

пр

меньший

чем эталонный сигнал начального уровн  UA, а углам управлени  90 эл.град. - сигнал управлени  на выходе усилител -ограничител  3, равный нулевому уровню. Сигнал ограничени  Uor J определ ющий максимально возможную амплитуду управл ющего сигнала на выходе усилител -ограничител  3 (фиг. 1),, выбираетс  большим чем Ufip , соответствующее моментам естественного включени , н меньшим чем начальный уровень опорных сигналов UH, что обеспечивает пересечение опорных сигналов генератора 5 и низкочастотного управл ющего сигнала, формируемого на выходе усилител -ограничител  3, на участках пр мого хода опорных сигналов хот  бы один раз за период управл ющего сигнала при любой его амплитуде.

Моменты равенства напр жени  управлени  Uyn и Поп выдел ютс  компараторами блока 6 и соответствуют моментам включени  тиристоров преобразовател  8. Выходные импульсы блока ,6 после формировани  по длительности и усилени  по мощности в блоке 7 поступают на тиристоры преобразовател  8. В результате включени  тиристоров преобразовател  8 на его выходе формируетс  низкочастотное переменное напр жение с частотой основной гармоники равной частоте выходного сигнала генератора 1 , и амплитудой, пропорционально амплитуде сигнала на выходе усилител -ограничител  3 и величине напр жени  источника 9. Это напр жение проходит через силовой сглаживающий г фильтр 11 и поступает на нагрузку 12. В свою очередь, напр жение с выхода фильтра 1 1 поступает чер ез блок 13 на второй вход сумматора 2 и вычитаетс  из низкочастотного за0 дающего напр жени  синусоидальной формы, уменьша  тем самым амплитуду сигнала на выходе сумматора 2. При этом замыкаетс  отрицательна  обратна  св зь по выходному напр жению

5 преобразовател  и стабилизируетс  величина основной гармоники выходного напр жени , уменьшаютс  составл ющие этого напр жени  с частотами, отличными от основной. Блок 13 в дан0 ном случае выполн ет роль регул тора и в зависимости от своей структуры и параметров может корректировать амплитудно-частотную характеристику замкнутой системы, улучша  ее качествен5 ные показатели. Однако и при использовании блока 13, не корректирующего амплитудно-частотную характеристику, например при применении пропорционального звена, достигаетс  требуе0 мый эффект.

В режиме работы на номинальную нагрузку выбирают соотношение эталонного сигнала начального уровн , эталон5 ного напр жени  и амплитуды управл ющего сигнала таким, чтобы амплитуда основной гармоники, управл ющего сигнала была примерно равна упом нутому предельному уровню () и не

0 превьш1ала его. Выбор необходимого соотношени  обеспечиваетс  выбором амплитуды низкочастотного задающего напр жени  синусоидальной формы и величины напр жени  источника 9 при

5 определенных параметрах преобразовател  8, фильтра 11 и нарузки 12. При выбранном соотношении указанных сигналов и описанном выше способе формировани  опорных сигналов имQ пульсы управлени  на тиристоры выпр мительного и инверторного комплектов формируютс  с частичным перекрытием вблизи моментов перехода через ноль управл ющего сигнала, т.е.

,r с частичным перекрытием интервалов совмест 1ой работы тиристоров выпр мительного и инверторного комплектов, и с углами управлени , не выход щими за точки естественного включени .

-а закон модул ции импульсов управлени  близок к синусоидальному.

Такое управление позвол ет улучшить качество формы выходного напр жени  на нагрузке за счет обеспечени  плавного перехода тока с комплекта на комплект без по влени  зоны-прерьтистого тока, а также за счет согласованного управлени  на интервалах совместной работы комплетов , обеспечиваемого выборо м соотношени  эталонного сигнала UH и эталонного напр жени  Пд.

Одновременно с улучшением формы выходного напр жени  в номинальном режиме обеспечиваетс  повышение нагрузочной способности преобразовател  частоты. При выбранном соотношении начального (Ь ц) и конечного (ид уровней опорных сигналов и амплитуды управл ющего сигнала, обеспечивающем формирование импульсов управлени  с синусоидальным законом модул ции при глубине, близкой к единице, .интервалы одновременного формировани  импульсов управлени  и одновременной работы тиристоров выпр мительного и инверторного комплектов занимают относительно небольшую часть периода управл ющего сигнала. Это позвол ет уменьшить уравнительный ток и за счет этого снизить нагрузку иристоров по току при том же токе нагрузки либо увеличить ток нагруз- ки при сохранении величины тока тиристоров , т.е. повысить нагрузочную способность преобразовател .

При уменьшении нагрузки 12 выходное напр жение стремитс  увеличитьс  вследствие уменьшени  падени  напр жени  на сопротивлени х силовых цепей , что приводит к повьшению амплитуды сигнала на выходе блока 13, вычитающегос  из сигнала генератора 1 . В результате уменьшаетс  амплитуда сигнала на выходе сумматора 2 и на выходе усилител -ограничител  3. При этом увеличиваетс  зона одновременного формировани  импульсов управлени  тиристорами выпр мительного и инверторного комплектов, а значит увеличиваетс  зона совместного согласованного управлени , и в режиме холостого хода нагрузки 12 амплитуда сигнала управлени  может стать менее эталонного напр жени  и, , что соответствует переходу на полное согласованное совместное уп

1464269

10

равление комплектами преобрйзоват е- л , что также улучшает форму формируемого выходного напр жени .

10

15

20

25

С ростом нагрузки выходное напр жение уменьшаетс  за счет повышени  падени  напр жени  на сопрот}тле- ни х силовых цепей и амплитуда сигнала на выходе сумматора 2 увеличиваетс , станов сь более предельного уровн  управл ющего напр жени  и эталонного напр жени . При этом блок 6 формирует импульсы управлени  в моменты времени, опережающие точки естественного включени , соответствующие нормальным режимам работы, что повьшгает напр жение на нагрузке 12 в режиме перегрузки и увеличивает нагрузочную способность преобразовател . При значительном повьш1ении нагрузки 12, сопровождающемс  значительным снижением выходного напр жени  фильтра I1, амплитуда сигнала разности задающего напр жени  и выходного напр жени  блока 13 существенно возрастает и становитс  более уровн  опорных сигналов, соответствующего моментам естественного включени , и более эталонного сигнала начального уровн  %. При этом за счет действи  усилител -ограничител  3 управл ющий сигНал становитс  трапецеидальным с амплитудой, равной Uor, величина которого превышает уровень опорных сигналов, соответствующий моментам естественного зажигани , и амплитуду опорных сигналов (UA). Это позвол ет значительно увеличить действующее значение тока на- преобразовател  за счет перехода на пр моугольный закон модул ции импульсов управлени , формируемых блоком 6 в моменты пересечени  опорных сигналов пилообразной формы, и управл ющего сигнала пр моугольной формы с выхода усилител -ограничител  3, за счет почти полного исключени  интервала одновременного формировани  импульсов управлени  выпр мительного и инверторного комплектов , а значит и уравнительного тока, что обеспечиваетс  при превышении амплитуды управл ющего сигна- 5 ла над эталонным напр жением, и за счет дополнительного уменьшени  углов управлени  тиристорами, которые включаютс  ранее точек естественного включени , соответств тощих нормаль35

0

0

. 1464269 2

ным режимам работы. Исключение урав- ную способность преобразовател  час- нитель ного тока повьшшет нагрузоч- тоты.

Фиг.1

фиг г

Claims (1)

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ, заключающийся в том, что формируют эталонное напряжение заданной величины и эталонный сигнал начального уровня противоположной полярности, для каждой фазы определяют моменты естественного включения тиристоров, формируют прямоугольные импульсы длительностью 180 эл.град., формируют опорный сигнал пилообразной формы, линейные участки прямого хода которого совпадают по времени с прямоугольными импульсами и амплитуда опорных сигналов в моменты окончания прямого хода равна эталонному напряжению, участки обратного хода имеют длительность менее 180 эл.град. и участки неизменного напряжения, равного эталонному сигналу начального уровня, заключенные между интервалами обратного хода и интервалами прямого хода, формируют сигнал ограничения той же полярности, что и эталонный сигнал начального уровня, формируют низкочастотное задающее напряжение синусоидальной формы, измеряют выходное напряжение преобразователя частоты и формируют упрагзляющий сигнал, равный разности выходного и задающего напряжений и не превышающий по амплитуде сигнала ограничения, сравнивают управляющий и опорный сигналь!, формируют импульсы управления в моменты равенства опорных и управляющего сигналов и подают их на тиристоры преобразователя., о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения и повышения нагрузочной способности преобразователя частоты, определяют моменты начала положительных полуволн фазного напряжения, выбирают синхронизирующие моменты времени на интервале между началом положительных полуволн и моментами естественного включения тиристоров, указанное формирование прямоугольных импульсов начинают в синхронизирующие моменты, устанавливают значение эталонного сигнала начального уровня, равное г к г 17+ 2J(ti - U) др- 2u)(t₅ - t₂) где U_H. и 1Ц - значения эталонного сигнала начального уровня и эталонного напряжения;

   о) - частота сети, t_z и t ₅ - время синхронизирующего момента и момента естественного включения тиристоров по отношению к моменту t, начала положительной полуволны,

   SU,„.1464269 А1 фиксируют значение опорного сигнала в момент естественного включения тиристоров и устанавливают величину сигнала ограничения больше зафиксированного значения опорного сигнала, но меньше значения эталонного сигнала начального уровня, в номинальном режиме устанавливают амплитуду управляющего сигнала на уровне, не превышающем зафиксированного значения опорного сигнала.

   3 .