Способ управления трехфазным вентильным преобразователем для электропривода

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении регулируемыми преобразователями, питающими системы асинхронного электропривода . Целью изобретения является линеаризация регулировочной характеристики преобразователя при изменениях питающего напряжения. Связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя на базе АЙН осуществляется непрерывным плавным изменением длительностей пауз между импульсами управления и самих сигналов управления на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжитольностей, расположенных в серединах зон проводимости и закрытого состояния соответствующих вентилей силовой схемы. На поддиапазонах регулирования, на которых изменяется продолжительность указанных центральных пауз, длительности сигналов управления варьируются в зависимости от текущих значений выходной частоты, от относительной величины питающего напряжения и от количества вырабатываемых импульсов управления. Внутри зон регулирования с формированием управляющих импульсов в центрах тактовых интервалов продолжительность остальных сигналов управления определяется величиной питающего напряжения. В функциональной зависимости с амплитудой питающего напряжения находятся, кроме того, продолжительность тактовых подинтервалов, внутри которых формируются сигналы управления и; соответственно, количество выходных импульсов, формируемых в полуволне выходной кривой, а также значения граничных частот, переходных от одного поддиапазона регулирования к другому . 4 ил. О 00 о о о ел

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s Н 02 M 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Ь (Ql (21) 4643843/07 (22) 30.12.88 (46) 23.10.91. Бюл. N 39 (71) Отдел энергетической кибернетики АН

МССР (72) В. И. Олещук (53) 621,316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1249675, кл. Н 02 М 7/48, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 1492434, кл. Н 02 М 7/48, 1989. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФА3НЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении регулируемыми преобразователями, питающими системы асинхронного электропривода. Целью изобретения является линеаризация регулировочной характеристики преобразователя при изменениях питающего напряжения. Связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя на базе

АИН осуществляется непрерывным плавным изменением длительностей пауз между импульсами управления и самих сигналов

Изобретение относится к электротехнике и мох:ет быть использовано для управления регулируемыми преобразователями, питающими системы частотно-регулируемого электропривода.

Целью изобретения является линеаризация регулировочной характеристики преобразователя при изменяемой величине ,амплитуды питающего напряжения.

„,, Я „„1686665 А1 управления на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, расположенных в серединах зон проводимости и закрытого состояния соответствующих вентилей силовой схемы.

На поддиапазонах регулирования, на которых изменяется продолжительность указанных центральных пауз, длительности сигналов управления варьируются в зависимости от текущих значений выходной частоты, от относительной величины питающего напряжения и от количества вырабатываемых импульсов управления.

Внутри зон регулирования с формированием управляющих импульсов в центрах тактовых интервалов продолжительность остальных сигналов управления определяется величиной питающего напряжения. В функциональной зависимости с амплитудой питающего напряжения находятся, кроме того, продолжительность тактовых подинтервалов, внутри которых 4 ории руются сигналы управления и; соответственно, количество выходных импульсов, формируемых в полуволне выходной кривой, а также значения граничных частот, переходных от С© одного поддиапазона регулирования к дру- О гому. 4 ил. (На фиг. 1 изображена упрощенчая схема трехфазного мостового преобразователя, выполненного на базе полностью управляемых ключей; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие предложенный способ управления преобразователем; на фиг. 3— структурная схема системы управления, реализующей предложенный способ; на фиг. 4— временная диаграмма ее работы.

1686665,где I — колиуменьшению продолжительности t . Соответственно на полупериоде выходной час- 40 тоты увеличивается количество сигналов

Форма линейного выходного напряжения преобразователя UAB, а также сигналов управления Оу (выключающих импульсов, запирающих анодный ключ фазы А преобразователя) на тактовом интервале 60-120О, изображены на фиг. 2а. Приведенные кривые соответствуют амплитуде питающего напряжения, равной Е, Здесь же пунктиром показаны кривые управляю2цего и выходного напряжений I при номинальном (минимальном) значении питающего напряжения

Ео. При этом принято, что Е=1,5 Ео, а частотный диапазон связанного регулирования . выходного сигнала преобразователя для случая Е=Ео равен шести (N=6), управляющие сигналы (импульсы включения и выключения вентилей преобразователя) синтезируются в серединах соответству2ощих тактовых подинтервалов, на которые разбиваются тактовые интервалы 60-градусных продолжительностей,, Формирование управляющих сигналов производят симметрично относительно середин тактовых интервалов, начало первого по счету тактового подинтервала внутри тактового интервала является синхронизированным с началом интервала, а конец последнего подинтервала синхрониэирован с концом своего тактового интервала. Длительность т тактовых подинтервалов при этом находится в функциональной зависи= мости QT относительной величины питающего напряжения в соответствии с соотношением т =

Е

Таким образом, увеличение амплитуды питающего напряжения приводит к соответствующему пропорциональному управления: и число импульсов в полуволне выходного напряжения. Так, как показано на фиг. 2а, при Е=1,5 Е и при И=6 на и2дервале от 60 до 120 на начальной выходной частоте продолжительность тактовых интервалов в полтора раза меньше, чем в случае E=Eo, а количество формируемых сигналов управления в полтора раза больша, Подобная закономерность сохраняется и при увеличении выходной частоты преобразователя.

Продолжительность тактовых подинтервалов ю при рассматриваемом алгоритме управления не зависит от величины выходной частоты преобразователя. Неиэменены и абсолютные значения временных интервалов между серединами сигналов управления. Процесс регулирования выход5

35 ной частоты осуществляется при этом двухэтапно, путем последовательного перехода от одного режима к другому. В первом режиме управления в центре тактовых интервалов формируются управляющие импульсы, длительность которых изменяется в соответствии с изменением абсолютной длительности тактового интервала (этому режиму соответствуют кривые, приведенные на фиг. 2а). Продолжительность каждого центрального импульса управления определяется при этом в соот1 ветствии с зависимостью

6 Гой(21 — 1) Е чество формируемых внутри каждой половины тактовых интервалов сигналов управления, включая центральный. ДлительИ ности Л остальных сигналов управления при этом не зависят от величины выходной частоты преобразователя и находятся иэ соотноше22 i — 1 F ния Л—

3FoN(2l — 1)Е . В тот момент, когда, в процессе увеличения частоты, продолжительность центрального на тактовом интервале сигнала управления уменьшится до нуля (фиг. 2б), формирование управляющих сигналов начинается в соответствии с вторым режимом управления, при котором длительности Л импульсов управления изменяют в соответствии с зависимостью

Л 1 1 Е

= и (Г .NE )

Этот этап продолжается, пока продолжительность центрального выходного импульса не уменьшится до нуля (фиг. 2в).

Поддержание в процессе регулирования преобразователя продолжительностей сигналов управления в соответствии с приведенными соотношениями обеспечивает линейное изменение величины выходного напряжения независимо от амплитуды питающего напряжения, Значения граничных частот, переходных от одного режима регулирования к другому, определяются в общем виде из функциональных зависимостей

2 N 21 — 1 Е

2(l — 1)(2 I — 1) Eo+ Ео

ыа=ш

2 l (2 l — 1 ) Ео — Ep

Так, для анализируемого варианта закона управления преобразователем, когда

Е=1,5 Ео и N=6, частоты F" и F принимают последовательно следующие значения: при 2=5 Р5=1,11 Fo; при l=4 F 4=1,46 Fo, F".; =1,15 Fp при l=3 F 3=2,15 Fo, Рэ =1,55 Fp

1686665 при i=2 F 2=3,9 Fp, F "2=2,5 Fp при l=1 F 1=9 Fo, F" т=9 Fo.

В соответствии с принципом формирования управляющих сигналов при управлении по предложенному способу, на частотах

F>Fz вплоть до номинальной выходной частоты преобразователя F 1=F" i внутри каждого тактового интервала формируется по два сигнала управления (соответственно по пять выходных импульсов в полуволне линейного выходного напряжения), что приводит к дополнительным потерям на коммутацию в диапазоне повышенных выходных частот преобразователя. Поэтому для любого N с энергетической точки зрения целесообразно, начиная с частоты

N 2l — 1 Е

2 (! — 1 ) (2 — 1 } Ео + Ео

NE 3 3NE

Е г -3Е +Е

2 3 Ео+Ео 7 Ео

20 форсированный сдвиг управляющих импульсов к центру тактового интервала до 25 частоты Рт =Fo 3NE/5Ео, на который обв импульса управлении сольются в один. После этого, при F>F<" полуволна линейного выходного напряжения преобразователя формируется, как показано на фиг. 2г, их 30 трех импульсов на полупериоде с уменьшением количества коммутаций вентилей на

40/ и соответствующим снижением коммутационных потерь. Координаты С1 середин импульсов управления (импульсов 35 о выключения вентилей на интервале 60-90 в диапазоне регулирования частоты от

Рг до F> èçìåíÿþòcÿ при этом в соответствии с функциональной зависимостью

783 117 N Fo 40

С1= () эл, град., их относительное значение не зависит в этом диапазоне от величины питающего преобразователь напряжения и от значения N u изменяется от С1=72,9 эл. град. при F=F ада 45

Ст=84 эл. град. при F=F" 1.Ha интервале

240-300 формирование управляющих сигналов осуществляется аналогично. В диапазоне выходных частот F" — F i продолжительность синтезируемых в центре такто- 50 вых интервалов сигналов управления изменяется в соответствии с зависимостью б Р 6 Г !,, Е flocne уменьшения

6ЕойЕ величины Хдо нуля, наблюдаемом на часто- 55 те F1, последующее увеличение выходной частоты преобразователя производится при неизменной величине выходного напряже, ния, что соответствует режиму постоянства мощности применительно к асинхронному электроприводу переменкого тока.

Принцип построения систем управления вертикального типа, реализующих описанный способ управления, рассмотрим на примере устройства, функциональкая схема которого изображена на фиг. 3. Генератор 1 тактовых импульсов, частота следования которых определяет и в 12 раз повышает выходную частоту преобразователя, связан с генератором 2 развертывающего пилообразного напряжения и с трехразрядным регистром 3. Датчик 4 амплитуды питающего напряжения присоединен к плюсовому входу сумматора 5, и, через согласующий усилитель 6, к входам сумматора 7 — 11.

Количество указанных сумматоров в общем случае равно числу сигналов управления, формируемых внутри каждого тактового иктервала на начальной выходной частоте преобразователя при максимальной амплитуде питающего напряжения..На другие входы сумматоров 7-11 поступают сигналы с выходов сумматора 5 и источника 12 опорного напряжения. Выходы сумматоров 7 — 11 подключены к блоку 13 формирования импульсов управления, в котором осуществляется последовательное сопоставление сигналов с выходов сумматоров 7 — 11 с напряжением развертки Uz генератора 2 и выработка командных сигналов на формирование фронтов выходных импульсов в моменты равенства указанных сигналов. Блок 13 связан также с блоком 14 определения суммарной длительности выходных импульсов и с основным входом логического распределителя 15 управляющих импульсов. На входе блока 14 включен конденсатор 16, выделяющий постоянную составляющую последовательности импульскых сигналов блока 13, напряжение с которого поступает далее на делитель 17, в котором осуществляется делена угкмнутою симла на анэпжн,й сика зюга . шид<йа:тоты Ul=, в резуътатено на жар бпсе 14 фсрмир ется напряжена, пропорщоапькое сумлирной на палуперисдэдпитепьности выхсдных импульсав, На фиг, 4 приведены временные диаграммы, соответствующие интервалу 60 — 120 полуволны выходной кривой преобразователя и поясняющие принцип действия системы управления. Индексы сигналов ка фиг. 4 при этом соответствуют напряжениям на выходах узлов и блоков системы управления с соответствующими цифровыми обозначениями, Величина напряжения нэ выходе датчика 4 уменьшается пропорционально увеличению напряжения Е, при этом при

Е=Ес Ufo=0,2 U m, где U2m — максимальная амплитуда сигнала генератора развертки 2, 1686665 наблюдаемая на частоте Fo, Коэффициент передачи усилителя 6 при этом в случае нечетного N равен двум, Амплитуда сигнала

U/g источника 12 выбирается из соотношения U1г=-0 к>/N. Контур обратной связи устройства, включающий узлы 4, 5, 13 и 14, обеспечивает непрерывное формирование корректирующего сигнала, поступающего на Входы сумматоров 7 — 11 и автоматически поддержива ощег0 постоянство суммарной вольтсекундной площади Выходных импульсов нз полупериоде на всем диапазоне регулирования при флюктуациях величины пита!Ощего напряжения. Это эквивалентно линейному изменени о величины среднего нз палупериоде значения выходного напря>кения, а также первой гармоники выходного напря>кения преобразователя в ходе регулирования частоты выходного сигнала.

Гзким образом, предложен ыЙ способ уп рз аления надежно и достаточно точно позволяет линеаризовать регулировочную харзктеристику преобразователя при колебаниях амплитуды питающего напряжения В широких пределах. Изменение (умен ьш ение) и родолжительн ости тактовых падинтервзлов, в це п рах которых формируются управляющие сигналы, име|ощее место при увеличении питающего напряженля, способствует уменьшению амплитуды пульсации фазных тОкОВ дВигателя, Г!итающегася от преобразователя, и соответствующему сни>кени о пульсаций момента нагрузки. Линеаризация регулировочной характеристики и уменьшение пульсаций момента нагрузки приводит к улучшению энергетических харак геристик структуры

"преобразователь — двигатель — нагрузка" и

Обеспечивает близкое к оптимальному про- екз! 1ие процессов в преобразОВательной систег. е.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным Вентильным преобразователем для электропрнвода с N-кратным диапазоном

ceязанного регулирования частоты и

Величины выходного напряжения, заКЛ ЮЧд ЮЩИ ИСЛ В ТОМ, -ЧТО фОР МИ РУЮТ OPO тиvофазные управляющие сигналы для управления анодными и катодными Вентилями каждой из фаз с заданной частотой, а для анодной и катодной группы основных вентилей разных фаз управля оецие сигналы сдвигают на 60эп.град., для каждого из основных вентилей модулируют управля)ощий сигнал на тактовых интервалах от 60 до 120 эл. град. и от 240 до 300 эл, град., и разбивают

5 их HB этих интервалах на тактовые подинтервалы, при этом число управляющих импульсов на тактовых интервалах с ростом частоты F уменьша от, а начало первого тактового подинтервала и конец последнего

10 синхронизированы с началом и концом соответствующего тактового интервала, формирование каждого i-го от начала и конца тактового интервала сигнала управления осуществляют при изменении выходной ча15 стоты преобразователя от начальной частоты Го до F 1, при этом при изменении выходной частоты от FQ äo F l(F ) F F" на каждой половине тактовых интервалов формируют по(! — 1) — и сигналов Выключения и включения

Ц вентилей с длительностью Л, а (-й сигнал управления формируют в середине каждого

25 тактового интервала с длительностью л, ",о тл ич а ю щи йс я тем,что, с цельюлинеаризации регулировочной характеристики преобразователя, в случае изменения питающего напряжения от номинальной (мини30 мальной) величины Ео до Е на всем диапазоне регулирования длительности тактовых подинтервалов топределяют по функциональной зависимости

Ео

) ll д —, величины Л, 1 и Л находят

1 1 1 Е, ак™етствен юка Л = 12. („).

12i и и! 1

3Е-.X(2i — 1)Е ISF

Ео+ Еп

6FîN(2 I — 1) Е граничных частот F 1 и F" 1 определяют как

„i м (21-1l E 2(— 1)(2i — 1) E. +F. .

Fl — Fo

2 (2 — 1 ) Ео — Ео

1686665

900

goo

800

no

g (Л иу идв

80 90 12ОО<

Фи 2.2

30g 10

no

Составитель В. Гордеев

Редактор В, Бугренкова Техред M.Moðãåíòýë Корректор M. Демчик

Заказ 3609 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101