SU1534690A1

SU1534690A1 - Способ регулировани выходного напр жени трехфазно-трехфазного преобразовател частоты с непосредственной св зью

Info

Publication number: SU1534690A1
Application number: SU884378796A
Authority: SU
Inventors: Борис Егорович Пьяных; Виктор Васильевич Сорокун
Original assignee: Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1988-02-15
Publication date: 1990-01-07

Abstract

Изобретение относитс к силовой преобразовательной технике. Цель изобретени - улучшение формы кривой тока нагрузки путем снижени коэффициента гармоник выходного напр жени преобразовател . Устройство содержит три трехфазных моста 1-3 на полностью управл емых ключах переменного тока (4-9 дл моста 1). Шестипроводна трехфазна нагрузка 10 - 12 подключена к выходам мостов 1 - 3. К одноименным выходам этих мостов подключены два трехцепевых короткозамыкател 13, 15 в виде диодных мостов с ключами 14, 16 на выходе. Структурна организаци преобразовател позвол ет обеспечить на нагрузке четыре значени напр жени : 0,U_ф, √2U_ф, √3U_ф, где U_ф - фазное напр жение питающей сети. Суть способа заключаетс в реализации с помощью широтно-импульсного регулировани трех зон: 0-U_ф, U_ф-√2U_ф, √2U_ф-√3U_ф. 7 ил.

Description

СП

СО Јь

О5

со

Изобретение относитс к преобразовательной технике, в частности к knaccy систем управлени преобразовател ми частоты с непосредственной св зью, и может быть использовано в частотно управл емом электроприводе и системах электропитани спецпотре- бит ел ей.

Целью изобретени вл етс улуч- шение Формы кривой тока нагрузки.

На Фиг. 1 представлена принципиальна схема трехфазно-трехйазного преобразовател частоты дл регулировани выходного напр жени , в ко- тором реализуетс предлагаемый способ; на фиг. 2 - функциональна схема системы управлени преобразователем (нумераци выходов системы управлени соответствует нумерации ключей на фиг. 1, дл управлени которыми эти выходы предназначены); на фиг.З- 6 - временные диаграммы импульсов управлени ключами преобразовател и эпюры кривых выходного напр жени : при регулировании выходного напр жени от нул до Ujp (фиг. 4), при регулировании выходнаго напр жени от до 42Ua (Фиг. 5), при регулировании выходного напр жени от s2Um Д° (фиг. 6) (нумераци диаграмм на фиг. 3-6 соответствует нумерации ключей на фиг. 1 и обозначени м на фиг. 2); на фиг. 7 - зависимости коэффициентов гармоник Kru от отношени

U

t где и, - перва гармоника;

ивы«

Ue - действующее значение выходного

напр жени дл прототипа (крива а) и дл предлагаемого преобразовател (крива б).

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит три трехфазно-однофазные мостовые схемы 1-3, образующие три фазы преобразовател . Кажда из этик схем построена на полностью управл емых ключах с двусторонней проводимостью , например, ключи 4-9 дл мостовой схемы 1, которые осуществл ют подключение комбинаций фазных, линей ных и нулевых напр жений к трехфазно нагрузке 10-12. Кроме того, преобразователь включает в себ два трехфазных диодных моста 13 с ключом 14 и 15 с ключом 16. Выводы переменного тока моста 13 подключены к одним (например , к левым по схеме фиг. 1), а моста 15 - к другим (например, к правым по схеме фиг. 1) одновременным

5

5 Q

0

5

выводам трехфазной нагрузки 10-12. Выводы посто нного тока этих мостов подключены к силовым выводам полностью управл емых ключей 14 и 16с односторонней проводимостью.

Принцип регулировани выходного напр жени преобразовател заключаетс в том, что диапазон регулировани разбивают не на две, как в прототипе, а на три зоны и в каждой из них осуществл ют широтно-импульсное регулирование (ШИР) выходного напр жени .

Рассмотрим суть предлагаемого способа регулировани по схеме фиг. 1 и временным диаграммам фиг. 3-6. В первой зоне выходное напр жение мен етс от нул до Уф (отношение U,/UBb№ мен етс от нул до 0,95). На временных диаграммах фиг. 4 приведены импульсы управлени , 1Х,&при регулировании в этой зоне. Эпюра 10а показывает Лорму выходного напр жени на нагрузке 10 выходной фазы 1 преобразовател по фиг, 1. При этом на интервале t0-t, замыкают ключи 4 и 14 (диаграммы 1Х4, 1Х{бфиг.4) и нагрузка 3 0 оказываетс подключенной к фазному напр жению фазы А трехфазной сети А, В, С. На интервале tj-tfc замыкают ключи 14 и 16 (диаграммы 1Х,ф, lXf,) и все нагрузки 10-12 закорачивают . Затем вновь на интервале tj-t, замыкают ключи 4 и 14 и нагрузку 10 подключают к базе А и т.д. На интервале замыкают ключи 9 и 14 (диаграммы IX j, fX,q) и нагрузку 10 подключают к Фазному напр жению фазы С в противоположной пол рности. На интервале ts-t6 замыкают ключи 14 и 16 и нагрузки Ю-12 закорачивают и т.д. На промежутке времени t7-t8 путем поочередного замыкани ключей 6 и 14 при замкнутом ключе 16 (диаграммы 1Х6, , 1Х,б) нагрузку 10 то подключают к фазному напр жению В, то закорачивают. На промежутке tg-to нагрузку то поочередно подключают к фазному напр жению А в противоположной пол рности, то закорачивают . На промежутке t,,-t10 нагрузку подключают к фазному напр жению фазы С, а на промежутке t1(J-tM - к фазному напр жению фазы В в противоположной пол рности. Далее процессы в схеме повтор ютс . В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напр жени на эпюре 10а фиг.4. При увеличении длительности интервалов t6-t,, ta-t,...n уменьшении длительности интервалов t,-ta... выходное напр жение возрастает и при нулевой паузе t,-t4,... выходное напр жение достигает значени U,, а форма кривой приобретает вид по эпюре 106 (Ьиг. 4). Это верхний предел первой зоны.

В первой подзоне второй зоны выходное напр жение мен етс от I до -J2U у (отношение К, /UBb)X мен етс от О, 95 до 1,35). На временных диаграммах фиг. 5 приведены импульсы управлени 2Х4-2Х- , , 2Х16 при регулировании в этой подзоне. Эпюра 10а показывает форму выходного напр жени на йагрузке 10 выходной фазы 1. При этом на интервале tg-t замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы 2Х4, 2Х7 фиг.5) и нагрузка 10 оказываетс подключенной к линейному напр жению между фазами А и В. На интервале t,-ti замыкают ключи 4 и 16 (диаграммы 2Х4, ) и нагрузку 10 подключат к Лаз- ноуу напр жению фазы А. Затем вновь на интервале замыкают ключи 4 и 7 и нагрузку 10 подключают к линейному напр жению АВ и т.д. На интервале Ц-tg нагрузка 10 остаетс в течение всего интервала подключенной к с помощью замкнутых ключей 4 и 16. На интервале замыкают ключи 4 и 9 (диаграммы 2Х4, 2ХЧ) и нагрузка 10 оказываетс подключенной к линейному напр жению между фазами А и С в противоположной пол рности. На интервале t6-t7 замыкают ключи 9 и 14 (диаграммы 2Х„, ) и нагрузку 10 подключают к фазному напр жению фазы С в противоположной пол рности и т.д. На интервале tg-t нагрузка 10 остаетс в течение всего интервала подключенной к фазе С в противоположной пол рности с помощью замкнутых ключей 9 и 14. На интервале нагрузку 10 с помощью ключей 6, 9 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напр жению между фазами В и С, то к фазному напр жению фазы В (первую половину интервала ) , поток к фазному напр жению фазы В (вторую половину интервала). На интервале нагрузку 10 с помощью ключей 5, 6 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напр жению между фазами А и В в противоположной пол рности, то к фазному напр жению фазы А в противоположной

0

пол рности, потом к фазному напр жению фазы А в противоположной пол рности . На интервале t4, нагрузку 10 с помощью ключей 5, 8 и 16 сначала поочередно подключают то к линейному напр жению между фазами С и А, то к фазному напр жению фазы С, потом к фазному напр жению Лазы С. На интервале нагрузку 10 с помощью ключей 7, 8 и 14 сначала поочередно подключают то к линейному напр жению между Фазами В и С в противоположной пол рности, затем к фазному напр же5 нию фазы В в противоположной пол рности . Далее процессы в схеме повтор ютс . В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напр жени по эпюре 10а фиг.5. При дальнейо тем увеличении длительности интервалов tQ-t,, ,... и уменьшении длительности интервалов t,, -t2 ,.. . выходное напр жение возрастает и при нулевом интервале ,... выходное

5 напр жение достигает значени ,p, а форма кривой приобретает вид по эпюре 106 фиг. 5. Это верхний предел первой подзоны второй зоны.

Во второй подзоне второй зоны вы0 ходное напр жение мен етс от -|2и„, до 43U (отношение U,/U8b(( мен етс от 1,35 до 1,65). На временных диаграммах фиг. 6 приведены импульсы управлени , ЗХц, ЗХ16 при ре-

5 гулировании в этой подзоне. Эпюра 10а показывает форму выходного напр жени на нагрузке 10 выходной фазы 1. При этом на интервале t0-t замыкают ключи 4 и 7 (диаграммы ЗХ4

0 ЗХтсЬиг. 6) и нагрузка 10 оказываетс подключенной к линейному напр жению между фазами Аи В. На интервале t,-ta продолжают оставатьс замкнутыми эти ключи, а нагрузка - подклю5 ченной между фазами А и В. На интервале замыкают ключи 4 и 16 и нагрузку 10 подключают к фазному напр жению фазы А. Далее вновь замкнутыми ключами 4 и 7 нагрузку 10 на

о интервале Ц-Ц подключают к линейному напр жению между фазами А и В и т.д. В течение всего интервала нагрузку 10 ключами 4 и 9 подключают к линейному напр жение меж5 ду фазами А и С в противоположной пол рности. На интервале t6-t7 нагрузку поочередно то подключают к линейному напр жению между фазами А и С в противоположной пол рности (клю715

чами 4, 9), то к сЬазному напр жению фазы С в противоположной пол рности (ключами 9 и 14).Далее аналогично на первой половине интервала tr-t8 нагрузка 10 оказываетс подключенной к; линейному напр жению ВС (ключи 6 и| 9), а на второй половине интервала ее поочередно подключают то к линейному напр жению между фазами В и С (ключи 6 и 9) то к фазному напр жению фазы В (ключи 6 и 16). На интервале tg-tg нагрузку 10 с помощью клю }ей 5, 6 и 14 сначала подключают к Линейному напр жению между фазами А

В в противоположной пол рности

перва половина интервала),а затем йоочередно подключают то к указанному линейному напр жению, то к фазному напр жению фазы А в противоположной пол рности (втора половина интерва- а). На интервале t4-t10 нагрузку (с помощью ключей 5, 6 и I6) в первой Головине интервала подключают к ли- ейному напр жению между базами С и А, а во второй половине интервала Поочередно то к указанному линейному Напр жению, то к фазному напр жению фазы С. Наконец на интервале tv)-t с помощью ключей 7, 8 и 14 нагрузку 10 сначала подключают к линейному Напр жению между фазами В и С в противоположной пол рности (перва половина интервала), а затем поочередно |между указанным линейным напр жением фазным напр жением фазы В в противоположной пол рности (втора полови- на интервала). Далее процессы в схеме повтор ютс . В результате на нагрузке 10 формируют кривую выходного напр жени по эпюре Юа фиг. 6. При дальнейшем увеличении длительности интервалов t,t1(.., и уменьшении длительности интервалов ,,.. выходное напр жение возрастает и при нулевом интервале ti-t3,... достигает значени -430, а Форма кривой приоб- ретает вид по эпюре 106 (фиг. 6). Это верхний предел всего диапазона регулировани .

Описанный способ регулировани обеспечивает формирование кривой выходного напр жени преобразовател с меньшими искажени ми во всем диапазоне регулировани , чем у прототипа. На фиг. 7 крива б зависимости коэффициента гармоник Кгц, характеризующего искажени формы кривой выходного напр жени , от отношени U,/U 6ых

0

5

0

5

0

5

40

50

55

8

дл изобретени на участке 0,95-1,65 располагаетс ниже кривой а дл прототипа .

Схема управлени преобразователем (фиг, 2), реализующа предлагаемый способ, состоит из задающего генератора 17, выход которого соединен со счетным входом триггера 18, Единичный выход триггера Т подсоединен к входу пересчетной цепи 19 и логического блока 20. Выходы пересчетной цепи также подключены к входам логического блока 20. Схема включает также генератор 21 высокочастотного пилообразного напр жени и компараторы с пр мыми Z,)-Z9 и инверсными выходами, подключенными к входам логического блока 20. Первые входы компараторов подключены к источникам опорного напр жени Uon -Uoa . Вторые входы компараторов объединены между собой и подключены к выходу генератора 21 пилообразного напр жени , который соединен последовательно с выходом источника 25 регулируемого напр жени . На выходах X,, , Х 6логического блока 20 по вл ютс импульсы управлени ключами преобразовател 4-9, 14 и 16,

Работа схемы управлени по фиг.2 заключаетс в следующем.

Задающий генератор 17 формирует последовательность коротких импульсов с частотой, в 12 раз превышающей частоту управлени Q (Фиг. 3-6). Триггер 18 делит эту частоту пополам и пр моугольные импульсы с его единичного выхода Т поступают на логический блок 20 (фиг. 3).Эти же импульсы подаютс на вход пересчетной цепи 19, на выходах Y, -Yg которой формируютс шесть последовательностей пр моугольных импульсов длительностью дс 60 эл. град., сдвинутых между собой на 60 эл. град, и следующих с частотой управлени 91 (фиг. 3). Импульсы поступают на входы логического блока 20.

Генератор 21 высокочастотного пилообразного напр жени включен, как указано, последовательно с выходом источника 25 регулируемого напр жени . При нулевом уровне напр жени ,на выходе источника 25 амплитуда пилообразного напр жени , равна Uon,, не достигает на втором входе компаратора 23 уровн срабатывани и на первом выходе Z действуют нулевой,

а на инверсном 24 единичный потенциалы . Аналогичные потенциалы действуют на выходах остальных компараторов 23 и 24. При таком состо нии компараторов на выходах , Х,4, логического блока 25 формируютс импульсы управлени ключами, при которых длительности интервалов t0-t,, tg-tj,... равны нулю и выходное напр жение на нагрузке 10 также равно нулю (фиг. 4).

При повышении напр жени на выходе источника 25 в пределах 0-Uon результирующее напр жение на выходе генератора 21 повышаетс . Компаратор 22 начинает срабатывать и на его пр мом выходе Z4 по вл ютс кратковременные импульсы единичного, а на инверсном Z,, нулевого уровн (фиг.4). На выходах остальных компараторов уровни напр жений не мен ютс . При этом на выходах Х4-Х- , , Х,б блока 20 по вл ютс управл ющие импульсы по диаграммам lX4-lX j, , 1Х16 (фиг. 4). При достижении напр жением на выходе источника 25 значени и0(ц на выходе Z, компаратора 22 устанавливаютс единичный, а на выходе Z, нулевой уровни. При этом длительности интервалов tjj-t,,... возрастают до максимума, а интервалов t,-t4,... снижаютс до нул . В результате на нагрузке 10 формируетс крива выходного напр жени по эпюре 106 (фиг.4).

При повышении напр жени на выходе источника 25 в пределах Uoni-Uona начинает срабатывать компаратор 23 и на его выходе Z по вл ютс кратковременные импульсы единичного, а на Z нулевого уровней (фиг. 5). На выходах остальных компараторов уровни напр жений не мен ютс . При этом на выходах блока 20 по вл ютс импульсы по диаграммам , 2Х,,,, 2Xfg (фиг. 5). При достижении напр жением на выходе источника 25 значени Uona на выходе Z компаратора 23 устанав- ливаетсй единичный, а на выходе Z нулевой уровни. При этом длительности интервалов t0-tt,... возрастают до максимума, а интервалов t,-ta,... снижаютс до нул . В результате на нагрузке 10 формируетс крива выходного напр жени по эпюре 106 (фиг.5).

При повышении напр жени на выходе источника 25 в пределах U -lIon начинает срабатывать компаратор 24 и на его выходе по вл ютс кратковременные

0

5

0

импульсы единичного, а на Z нулев о- го уровней (фиг. 6). На выходах остальных компараторов уровни напр жений не мен ютс . При этом на выходах блока 20 по вл ютс импульсы по диаграммам 3X+-3Xq, , ЗХ1б (фиг. 6). При достижении напр жением на выходе источника 25 значени Uon, на выходе компаратора 24 устанавливаетс единичный , а на выходе Z 3 нулевой уровни . При этом длительности интервалов возрастают до максимума,

снижаютс до нул . В результате на нагрузке 10 формируетс крива выходного напр жени по эпюре 106 (фиг. 6). .

При снижении напр жени источника 25 процессы в схеме протекают в обратном пор дке.

Логический блок 20 реализует следующие логические выражени

Н -t,...

а интервалов tu-t9,...

25

30

5

0

5

0

5

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позвол ет повысить качество энергии на выходе преобразовател , в частности снизить коэффициент гармоник кривой выходного напр жени при глубоком регулировании. Экономический эффект может быть определен , например, от снижени дополнительных потерь в обмотках двигател , дл регулировани которого может быть использован такой преобразователь .

Claims

Формула изобретени

Способ регулировани выходного напр жени трехфазно-трехфазного преобразовател частоты с непосредственной св зью, кажда фаза которого выполнена по трехфазно-однофазной мостовой схеме на полностью управл емых ключах с двусторонней проводимостью и содержащего также два трехфазных диодных моста, выводы переменного тока одного изкоторых подсоединены к одним, другого - к другим одноименным выводам дл подключени их к трехфазной нагрузке, а между выводами

посто нного тока каждого из них включены полностью управл емые ключи с односторонней проводимостью, заключающийс в разбиении всего диапазона регулировани на две зоны: от нул

- -J ТТТТГ ТТ . т«

flq Uq, и от Uq, до

4зи

ф, где Uq, - фазHOje напр жение питающей сети, и попеременном однократном или многократно переключении нагрузки в течение каждого интервала коммутации дл первой зоны - между нулевым уровнем и фазным напр жением, дл второй зоны - между фазным и линейным напр - же)ни ми соответствующих фаз питающей сити, отличающийс тем, , с целью улучшени формы кривой тЬка нагрузки путем снижени коэффициента гармоник выходного напр жени преобразовател , вторую зону разбивают на две подзоны: от U до -JzUg,

и от 42Uq, до -JSUjp и при регулировании в первой подзоне указанные переключени выполн ют на одной половине интервала коммутации до достижени в конце подзоны полного подключени нагрузки только к линейным напр жени м в течение этой половины интервала, а при регулировании во второй подзоне эти переключени выполн ют на другой половине интервала

коммутации до достижени в конце иод- зоны полного подключени нагрузки только к линейным напр жени м в течение всего интервала коммутации.

Фиг.2

Х

iff

«; J5

3

55 а а

г в

3

17 2,

Я П И Д И П Я П Я И П I,

Й

Г1ППППППППППППППППППППППП

а,

е

о,

% ,

а

Ж

Ш.

Ш.

Ж

Ш

tit,

Ж

Д

Д

П1-I.

«№

niE-fa 1 ОгП1Ite

Ш.

Ш.

Ж

Д

П1-I.

ОгП1Ite

б(«5

п z,

Тч Z3

зх„

3XS

щ

J/5

3ft

ЗХ3

%

т п пппппппппп

1ППППППППППППППППППППППП.

ж

ж

HL

ж

1П

to t,tt in

I

ж

ts t,,

л

пп

jm

ж

HL

ж

ж

пп

jm

ЦШг.6

as- ,3f

o,t- 0,1W

0,95 1,1 V № 1,5 165

Фаг. 7

Ui