Способ управления трехфазно-однофазным преобразователем частоты

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях частоты. Цель изобретения - улучшение формы кривой напряжения при глубоком регулировании выходного напряжения. Замыкание ключей преобразователя осуществляют последовательно периодически с использованием широтно-импульсного регулирования выходного напряжения в диапазоне от нуля до 21).,, где - фазное напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Широтно-импульсное регулирование выходного напр51жения осуществляется позонно, в 1-и зоне - от нуля до Um, во 2-и - от ГТТ до U-, в 3-й - от 43 Uq, h,85.U, в 4-й - от 2 3.п. ф-лы, 11 ил. до 1, до 2Ц ф. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„137436 б11 4 H 02 М 5/22

g(pygmy.; :. e !

g) И

) Т1 вн .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3849675/24-07 (22) 31. 01. 85 (46) 15.02. 88. Бюл. У 6 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Б.Е.Пьяных, P.Ï.Карташов и А.М.Маковей (53) 621.316.727 (088.8) (56) Пьяных Б.Е. Исследование несим- метричных режимов преобразователей частоты с однократной модуляцией:

Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук, Киев, с. 211-225.

Сенько В.И. Принципы построения преобразователей частоты с квазиоднополосной модуляцией. — Энергетика, 1981, N- 8, с. 27-32. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНО-ОДНОФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях частоты. Цель изобретения — улучшение формы кривой напряжения при глубоком регулировании выходного напряжения. Замыкание ключей преобразователя осуществляют последовательно периодически с использованием широтно-импульсного регулирования выходного напряжения в диапазоне от нуля до 2U, где U фазное напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Широтно- импульсное регулирование выходного напряжения осуществляется позонно, в 1-й зоне — от нуля до U, во 2-й — от

U до 13 П, в 3-й — от 13 П,Р до .1,85 ЦР, в 4-й - от 1,850, до 2U .

2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1374368

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к классу систем управления преобразователями частоты с непосредственной связью, и может быть использовано для питания частотно-управляемых электроприводов.переменного тока и спецпотребителей.

Цель изобретения - улучшение формы кривой при глубоком регулирования выходного напряжения преобразователя.

На фиг.1 представлена принципиальная схема трехфазно-однофазного преобразователя частоты, для управ- 15 ления которым предназначен предлагаемый способ; на фиг.2-5 — временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя и эпюры кривых выходного напряжения: при нулевом уров- 20 не выходного напряжения, при регулировании выходного напряжения от нуля до U, при регулировании выходного. напряжения от U до (ЗБ, при регулировании выходного напряжения от 25

130 до 2Ц„соответственно (нумерация диаграмм на фиг.2-5 соответствует нумерации ключей на фиг.1); на фиг.6 - функциональная. схема системы управления преобразователей (нумерация выходов системы управления соответствует нумерации ключей на фиг.1, для управления которыми эти выходы предназначены); на фиг.7. — кривые коэффициентов гармоник выходного на1 пряжения преобразователей для прототипа (кривая 1) и изобретения (кривая 2); на фиг.8 — принципиальная схема преобразователя; на фиг.9— временные диаграммы импульсов управ- 40 ления ключами преобразователя и эпюры кривых выходного напряжения при регулировании от 1,85U до 2U<, на фиг.10 - функциональная схема системы управления преобразователей; на g5 фиг.11 — кривые коэффициентов гармо-" ник выходного напряжения преобразователя для однозонного регулирования (кривая I) и для изобретения (кривая

II).

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит однофазные согласующие тран сформаторы 1-3, первичные обмотки 46 которых подсоединены к зажимам трехфазной сети А, В, С, каждая из вторичных обмоток 7-9 подключена к первой диагонали соответствующей ей однофазной мостовой схемы 10-12, построенных на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью

13-24, Вторыми диагоналями мостовые схемы соединены последовательно между собой и с нагрузкой 25.

Принцип формирования выходного напряжения преобразователя заключается в том, что, замыкая ключи 13-24 однофазных мостовых схем 10-12 по определенному алгоритму, в общем контуре суммировани.-.„ в который включена нагрузка 25, подключают в одном случае одно из фазных напряжений вторичных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3, в другом — сумму дву:. . этих напряжений, в третьем - трех напряжений. При этом во втором случае суммарное напряжение в контуре оказывается равным 30, в третьем случае — 2U+. Таким образом, весь диапазон регулирования выходного напряжения разбивают на 3 зоны: первая — от нуля до,U, вторая — от

U< до +3U третья - от +3U> до 2U

В каждой йз указанных зон формируют . свой алгоритм управления ключами.

Рассмотрим сущность предложенного способа управления по схеме фиг.1 и временным диаграммам фиг.2-5.

В первой зоне выходное напряжение меняется от нуля до U . На временных диаграммах 13-24 (фиг.2) приведены импульсы управления ключами 13-24 при нулевом .уровне выходного напряжения (эпюра 25). При этом на интервале

t t< замыкают ключами 13, 14, 17, 18, 23, 24, т.е. нагрузка 25 оказыва-. ется закороченной и выходное напряжение равно нулю. На интервале замкнутыми оказываются ключи 15, 16, 17, 18, 23, 24, нагрузка 25 вновь за-. корачивается, На интервале. -t замкнутыми оказываются ключи 15, 16, 17,.

18, 21, 22, которые также закорачивают нагрузку 25. На всех остальных интервалах от t до t< комбинации замкнутых ключей также обеспечивают закорачивание нагрузки 25, т.е. нулевое напряжение на выходе преобразователя.

На верхней границе первой зоны (фиг. Зб) выходное напряжение достигает значения U . При этом на интер<Р вале - „замыкают ключи 14, 15, 17, 18, 23, 24. Ключи 14 и 15 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (напряжение фазы А), вторичные обмотки 8 и 9 трансформаторов 2, 3 от нагрузки оказываются отключенными: клю1374368 чи 17, 18 и 23, 24 закорачивают вторые диагонали однофазных мостовых схем 11-12 (фиг. Зб, эпюра 25) . На интервале t<-t замкнутые ключи 15, 16 и 17, 18 закорачивают í-орые диагонали однофазных мостовых схем 10 и 11, а ключи 2) и 24 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 в обратной полярнос-10 ти, т.е. на нагрузку 25 подается напряжение фазы С в обратной полярности (-С) . На интервале tz-t > ключами

15, 16 и 21, 22 закорачивают вторые диагонали мостовых схем 10 и 12, клю 15 чами 18 и 19 на нагрузку 25 подается напряжение вторичной .обмотки 8 трансформатора 2 в прямой полярности, на нагрузке 25 на этом интервале действует напряжение фазы В в прямой по- 20 лярности (фиг.Зб, эпюра 25). На последующих интервалах от э до t, с помощью циклически замыкающихся ключей 13-24 на нагрузку 25 последовательно подключаются нап1.:.жение. фаз 25

-А, С, -В, А, -С, В, -A, С, -В, формируя ступенчатую кривую выходного. напряжения преобразователя (фиг.Зб, эпюра 25).

Для получения промежуточных значений выходного напряжения в первой зоне (О-U ) применяют метод щиротно9 ! импульсного регулирования (ШИР), при. котором длительность подключения на-. грузки 25 к фаэным напряжениям вторичных обмоток 7-9 трансформаторов

1-3 регулируется так, что в течение каждого из интервалов (t -t,,,t -,...) часть интервала нагрузка

25 оказывается подключенной к одному из указанных фазных напряжений (управление ключами 13-24 осуществляется согласно временныи диаграммам 13-24, фиг.Зб), остальную часть интервала нагрузка 25 оказывается закороченной (фиг.2, управление ключами 13-24 осуществляется согласно временным диаграммам 13-24). В результате диаграмма! управления ключами в этой зоне соответствуют фиг.За. Выходное напряжение в этой зоне иллюстрируется эпюрой 25 (фиг.За). Часть 26 интервала

tд-t„, соответствует закорачиванию нагрузки 25 (диаграмма управления ключами по фиг.2), в течение части 27

55 этого интервала на нагрузку 25 прикладывается напряжение фазы А с вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (диаграмма управления ключами по ! фиг. Зб) . В дальнейшем аналогично: во время пауз, когда выходное напряжение равно нулю, ключи 13-24 управляются по диаграммам фиг.2; во время импульсов, когда к нагрузке 25 прикладываются фазные напряжения А, В, С в прямой или обратной полярности с обмоТоК 7-9 трансформаTopoB 1-3, 13-24 управляются г!э диаграммам фиг.Зб.

На верхней границе второй зоны (фиг.4б) выходное «;« яжение достигает значениями U,.-. !1р!! этом на интерФ вале t,--t, за!ыклотся ключи 14, 15, 17, 18, 21, 24, .л --.. 14 и 15 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (напряжение фазы А), ключи 17, 18 закорачивают вторую диагональ мостовой схемы 11, отключая, таким образом, от нагрузки 25 вторичную обмотку 8 трансформатора 2, а ключи 21 и 24 под" соединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 в обратной полярности (фаза -С). Напряжение фаз А и -С, су!мируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 28, величина которого в ГЗ раз больше У! (фиг. 4б, эпюра 25) . На интервале t,- замкнутые ключи 15 и 16 закорачивают вторую диагональ мостовой схемы 10, ключи 18 и 19 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 в прямой полярности (фаза В), а клю чи 2! и 24 — напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 в обратной полярности (фаза -С). Напряжения фаз

В и -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 29, величина которого также в 13 раз больше U и которое сдвинуто относи 9 тельно напряжения 28 на 60 эл. град (эпюра 25, фиг. 4б) . На интервале замкнутые ключи 13 и 16 подклю .Ъ чают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 в обратной полярности (фаза А), ключи

18 и 19 подключают на нагрузку 25 на. пряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 в прямой полярности (фаза В), а ключи 21 и 22 закорачивают вторую диагональ мостовой схемы 12.

Напряжения фаз -А, В, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 30, также равное 43 U< и сдвинутое относительно 29 на 60 эл.

1374368 град. (фиг.46, эпюра 25). На последующих интервалах от tz до t, с помощью циклически замыкающихся ключей

13-24 на нагрузку 25 последовательно

5 подключают напряжения: 31, 32, 33, 28, 29, 30, 31, 32, 33, равные по ве. личине 13 U и сдвинутые между собой на 60 эл. град.

На нагрузке 25 формируется сту- 10 пенчатая кривая выходного напряжения (фиг.46, эпюра).

Для получения промежуточных значений выходного напряжения во второй зоне (U - 3 U ) применяют метод ШИР, при котором длительность подключения нагрузки 25 к фазам напряжения вторичных обмоток 7-9 трансфоматоров 13. регулируют так, что в течение каждого из интервалов (t -t,, 1,-с, 20 ,...) часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к двум из указанных фазных напряжений (фиг.46, управление ключами 13-24 осуществляется согласно временным 25 диаграммам 13-24), остальную часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к одному из фазных напряжений (фиг.36, управление ключами

13-24 осуществляется согласно времен- 30 ным диаграммам 13-24). В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг.4а. Выходное напряжение в этой зоне иллюстрируется эпюрой 25 (фиг.4а). Часть 34 ин35 тервала t -t соответствует подключению нагрузки 25 к напряжению 28,. полученному суммированием напряжений вторичных обмоток 7 и 9 трансформаторов 1 и 3 (диаграмма управления ключами по фиг.46), в течение части

35 этого интервала на нагрузку 25 прикладывается напряжение фазы А со вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (диаграмма управления ключами по фиг.36). В дальнейшем аналогично: во время пауз, когда выходное напряжение равно U, ключами 13-24 управляют по диаграммам фиг.36," во время импульсов, когда к нагрузке 25 прикладываются напряжения 28-33, ключами 13-14

50 управляют по диаграммам фиг,46.

На верхней границе третьей зоны (фиг.56) выходное напряжение достигает значения 2U . При этом на интервале и -Т, замыкают ключи 14, 15, 18, 19, 21, 24. Ключи 14 и 15 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 (напряжение фазы A в прямой полярности), ключи 18 и 19 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 (напряжение фазы В в прямой полярности), а ключи- 21 и 24 подсоединяют на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 в обратной полярности (фаза -C).

Напряжения фаз. А, В, -С, суммируясь в общем ко. туре, дают на нагрузке 25 напряжение 36, величина которого в

2 раза больше Б (фиг.56. эпюра 25).

На интервале с,- замкнутые ключи

13 и 16 подключают на нагрузку 25 на-. пряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 в обратной полярности (фаза -А), ключи 18 и 19 - напряжение вторичной обмотки 8 трансформатора 2 (фаза В в прямой полярности), ключи 21 и 24 — напряженле вторично: обмотки 9 трансформатора 3 в. обратной полярности (фаза -С). Напряжения фаз -А, В, -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряже= ние 37, величина которого также в 2 раза больше 0 (эпюра 25, фиг,56) и которое сдвинуто относительно напряжения 36 на 60 эл.град. На интервале

1 -t замкнутые ключи 13 и 16 подключают на нагрузку 25 напряжение вторичной обмотки 7 трансформатора 1 в обратной полярности (фаза -А) ключи

18 и 19 — напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 2 (фаза В в прямой полярности), ключи 22 и 23напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 3 (фаза С в прямой полярности). Напряжения фаз -А,.В и -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 25 напряжение 38, равное

2U и сдвинутое относительно напряже P ния 37 на 60 эл.град, (фиг ° 56, эпюра 25). На последующих интервалах от

С до t с помощью циклически замыкающихся ключей 13-24 на нагрузку 25 последовательно подключаются напряжения 39, 40, 41 36, 37, 38, 39, 40, 41. равные по величине 2 . и сдвинуМ тые между собой на 60 эл. град. На нагрузке 25 формируется ступенчатая кривая выходного напряжения (фиг.56„ эпюра 25), Для получения промежуточных значений выходного напряжения в третьей зоне 13 Б -2U применяется метод 1ЦИР, при котором длительность подключения нагрузки 25 к фазным напряжениям вто" ричных обмоток 7-9 трансформаторов 1-3

1374368

Х, х

Ххб

2 х, Х+ 7

1

Й, <г

2 21

Z i4.

18 г

224

Х

Х, Хз

Z 15.

21 гэ регулируется так, что в течение каждого из интервалов (г -t<, t --t,...) часть интервала нагрузка

25 оказывается подключенной к трем из указанных фазных напряжений (фиг.56, управление ключами 13-24 осуществляют согласно временным диаграммам 13-24), остальную часть интервала нагрузка 25 оказывается подключенной к двум из фазных напряжений (фиг.46, управление ключами 13-24 осуществляют согласно временным 1324). В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют на фиг.5а. Выходное напряжение в этой зоне иллюстрируется эпюрой 25 (фиг.5а). Часть 42 интервала и - < соответствует подключению нагрузки

25 к напряжению 36, получаемому суммированием напряжений вторичных обмсток 7-9 трансформаторов 1-3 (диаграмма управления ключами по фиг.56), в течение части 43 этого интервала на нагрузку 25 прикладывае-ся напряже.— ние 28, получаемое сум>п".> ованием напряжений вторичных обмоток 7 и 9 трансформаторов 1 и 3 (диаграмма управления ключами по фиг.46).

В дальнейшем аналогично: во время пауз когда выходное напряжение равно >3 U ключи 13-24 управляют по диаграммам фиг.46; во время импульсов, когда к нагрузке 25 прикладываются фазные напряжения 36-41, ключи

13-41 управляются по диаграммам фиг..56.

Способ управления обеспечивает формирование кривой выходного напряжения преобразователя, обладающей меньшими искажениями во всем диапазоСхема работает следующим образом.

Задающий генератор 44 формирует последовательность коротких импульсов с частотой, в 6 раз превышающей частоту управления. Пересчетная цепь

45 под действием указанных импульсов формирует на выходах 46-48 три последовательности прямоугольных импульсов Х,-Х, длительность которых рав5

35 не регулирования, чем в случае применения известного способа. На фиг. 7 приведены графики зависимости коэффициента гармоник по напряжению К,„ от глубины регул>1рования Б для известного способа (кривая 1) и изобре. тения (кривая 2). Видно, что коэффициент гармоник по изобретению существенно ниже. функциональная схема системы управления преобразователей (фиг.б) состоит из задающего генератора 44, выход которого подс<эепинен к входу пересчетной цепи на три 45. Три выхода пересчетной цепи 46-48 подаются на логические ячейки НЕ 49-51, на логический блок 52 и на выходы схем 20, 14, 24 соответственно. Выходы 53-55 логических ячеек НЕ также подаются на логический блок 52 и выходы схем

18, 16, 22 соответственно. Кроме того, схема управления включает генератор 56 пилообразного напряжения и компараторы 57-59 с прямыми 60-62 и инверсными 63-65 выходами, подключенными к логическому блоку 52. Первые входы компараторов подключают к ис-. точникам опорного напряжения U -Б

<>«< о« при ем UОПЭ = 3U,„, э иопг = 2UО„, Вторые входы компараторов объединены между собой и подключены к выходу генератора 56 пилообразного напряжения.

Выходное напряжение генератора 56 сум1ируется с управляющим напряжением регулируемого источника 66 (на фиг.б генератор пилообразного напряжения 56 включен последовательно с регулируемым источником 66). Логический блок 52 построен по следующим логическим выражениям: на 180 эл,грац, сдвинутых между собой на 60 эл.град. С помощью логических ячеек НЕ 49-51 на их выходах 53-55 формируются еще три аналогичные импульсные последовательности Х4-Х, сдвинутые относительно последовательности 46-48 на )80 эл.град.

При нулевом значении регулируемого источника 66 напряжения на вторые

1374368 входы компараторов 57-59 поступают пилообразное напряжение генератора

56. Амплитуда напряжения этого генератора равна опорному напряжению

U подаваемому на 1- и вход компаратора 57. На прямом выходе 60 этого компаратора действует нулевой уровень напряжения У,. Так как амплитуда пилообразного напряжения генератора 56 меньше U Äz Поп 3 To Ha прямых ходах 61 и 62 компараторов 58 и 59 также действуют нулевые уровни напряжения Y,,,Y . Логический блок 52 реализует логические выражения (1).

В результате на выходах 13-24 схемы управления появляются импульсы Z, Z соответствующие временным диаграммам фиг.2 °

При уровне напряжения регулируемо- 20

ro источника 66, находящегося в пределах 0-П „„, этот уровень напряжения суммируется с пилообразным напряжением генератора 56 и на прямом выходе 60 компаратора 57 появляются кратковременные импульсы единичного, а на инверсном выходе 63-нулевого уровня напряжения У, Логический блок 52, реализуя зависимости (1), поочередно подключает на управляющие зажимы ключей 13-24 импульсы Z,> -Е на временные диаграммам фиг.2 и 36. В результате формируются временные диаграммы по фиг.Ça и напряжение по эпюре 25 фиг ° За.

При уровне напряжения регулируемого источника 66, равном U „,, на вторые входы компараторов 57-59 поступает напряжение, равное как и ранее сумме пилообразного напряжения гене- 40 ратора 56 и U,п„,,. Поэтому на прямом выходе 60 компаратора 57 действует постоянное напряжение единичного уровня У,, на инверсном выходе 63—

45 да суммарного напряжения на вторых входах компараторов 57-59 меньше

Поп,, и Uî„ý, то на прямых выходах 61 и 62 компараторов 58 и 59 действуют нулевые уровни напряжений Y У . Логический блок 52 реализует зависимос50 ти (I). В результате на выходах 1324 схемы управления появляются импульсы 2,. -Z<, соответствующие временным диаграммам фиг.36 °

При уровне напряжения источника

66 в пределах U „, -U« z на прямом выходе 61 компаратора 58 появляются кратковременные импульсы У единичноro а на инверсном выходе 64-нулевого уровня напряжения Y . Логический блок 52, реализуя зависимости (1), поочередно подключает на управляющие зажимы ключей 13-24 импульсы Z, -Zz4 по временным диаграммам фиг.36 и 46.

В результате формируются временные диаграммы по фиг.4а. Преобразователь работает во второй зоне, на его выходе формир. тся напряжение по эпюре 25 фиг.4а.

При уровне нагряжения регулируемого источника 66, равном U „, на пря" оп мых выходах 60 и 6 компараторов 57 и 58 действует постоянное напряжение единичного уровня Y, Y а на инверсных выходах 63 и 64 - постоянное напряжение нулевого уровня У,, Y . На прямом 62 и на инверсном 65

2 выходах компаратора 59 действуют нулевой У и единичный У уровни напр: жения соответственно.

Логический блок 52 реализует зависимости .(1). В результате на выходах

13-24 схемы управления появляются импульсы Z!э 224у соответствующие Вре менным диаграммам фиг.46, При уровне напряжения источника

66, находящегося в пределах U „ на прямом выходе 62 компаратора 59 появляются кратковременные импульсы единичного У, а на инверсно:; выходе 65 — нулевого уровня напряжения 7,. Логический блок 52, реализуя зависимости (1), поочередно подключает на управляющие зажимы ключей 1324 импульсы Z,> -Е по временным диarpaMMaM фиг.46 и 56. В результате формируются диаграммы по фиг.5а и напряжение по эпюре 25 фиг.5а .

При уровне напряжения источника

66, равном U«, на прямых выходах

60-62 компараторов 57-59 оказываются напряжения единичного уровня У У на инверсных выходах 63-65 - нулевого уровня У, -Y . Логический блок 52 реализует зависимости (1). В результатс на выходах 13-24 схемы у:.равления появляются импульсы Z,> --Zz соответс-= вующие временным диаграммам фиг.56.

Напряжение на выходе преобразовател.достигает максимального значения (фиг.56, эпюра 25).

При данном способе управления К,.о во. всем диапазоне регулирования существенно ниже (кривая 2), чем у прототипа (кривая 1) .

l374368

Преобразователь частоты (фиг.8) содержит одно фазные согласующие трансформаторы 67-69, первичные обмотки 70-72 которых имеют отпайки 7375. Выводы 76-78 первичных обмоток

5 подсоединены к зажимам трехфазной сети А, В, С, выводы 79-81 — к входам трехфазноro вентильного моста 82, отпайки 73-75 подсоединены к входам 10 трехфазного вентильного моста 83. К выходам мостов 82-83 подсоединены управляемые ключи 84 и 85. Каждая из вторичных обмоток 86-88 подключена к первым диагоналям соответствующих од- 15 нофазных мостовых схем 89-91, построенных на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью 92103. Вторыми диагоналями мостовые схемы соединены последовательно меж- 20 ду собой и с нагрузкой 104.

Принцип формирования и регулирования выходного напряжения преобразователя заключается в том, что диапазон регулирования разбивает я на четыре 25 зоны и в каждой из них осуществляется

ШИР напряжения. При этом, замыкая клю чи 92-103 однофазных мостовых схем

89-91 по определенному алгоритму, в общем контуре суммирования, в который 30 включена нагрузка 104, получают в пер. вой зоне одно из фазных напряжений вторичных обмоток 86-88 трансформаторов 67-69, во второй зоне - сумму двух этих напряжений, в третьей— трех и в четвертой - двух или трех

35 напряжений. При этом во второй зоне суммарное напряжение в контуре оказывается равным 13 U - в третьей и четвертой зонах — 2U

В каждой из укаэанных зон формируют свой алгоритм управления ключами.

Рассмотрим сущность предложенного способа управленя по схеме фиг. 8 и временным диаграммам фиг.2-5, 9.

Диапазоны регулирования выходного напряжения преобразователь разбивают на четыре эоны и формируют пять импульсных последовательностей для управления ключами преобразователя.

В первых трех зонах формирование кривых выходного напряжения преобразователя осуществляется с помощью идентичных первых четырех последовательностей управляющих импульсов для ключей 92-103. Эти последовательности описаны выше. На фиг.2-5 на временных диаграммах и эпюре напряжения в скобках указажл обозначения для схемы по фиг,8. Формы кривых напряжения на на- грузке 104 иден-ич-ь фиг.2-5а. Для первых трех зон на управляющий зажим ключа 84 подают отпирающий, а на управляющий зажим ключа 85 — запирающий потенциалы.

На верхней границе четвертой зоны (фиг.9б) выходное напряжение достигает значения 2У . При этом на интерваАе t,-t, замыкают ключи 93, 94, 97, 98, !00, 84. Ключи 93 и 94 подсоединяют на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 86 трансформатора 67

{напряжение фазы А в прямой полярности), ключи 97 и 98 подсоединяют на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 87 трансформатора 68 (напряжение фазы В в прямой полярности), а ключи 100 и 103 подсоединяют на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 88 трансформатора 69 в обратной полярности (фаза -С). При этом замкнут ключ 84, обеспечивающий полное подключение первичных обмоток трансформаторов 67-69 к фазам сети.Напря-: жения фаз А, В, -С, суммируясь в общем контуре, дают на нагрузке 104 напряжение 105, величина которого равна 2U (фиг.9б, эпюра 104). На интервале t, -t замкнутые ключи 92 и 93 закорачивают вторую диагональ мосто-. вой схемы 89, отключая таким образом, от нагрузки 104 вторичную обмотку 86 трансформатора 67, ключи 97 и 98 подкнючают на нагрузку 104 напряжение вторичной обмотки 87 трансформатора

68 в прямой полярности (фаза В), кшочи 100 и 103 - напряжение вторичной обмотки 88 трансформатора 69 в обратной полярности (фаза -С). Так как сумма напряжений фаз В, -С равна-ГЗ Ц то включают ключ 85 и на нагрузке 104 выделяется напряжение 106, равное, 2U< {фиг. 9б, эпюра 104), сдвинутое

1374368 относительно напряжения 105 на 30 эл. град. На последующих интервалах от

t< до + с помощью циклически замыкающихся ключей 92-103, 84, 85 на на- грузку 104 последовательно подключаются напряжения 107, 108, 109, 110

111, 106, 112, 113, 114, 115, 105, !

06, 107, 108, 109, 110, 111, 106, 112, 113, 114, 115, равные по величи-10 не 2U и сдвинутые между собой на

30 эл. град. На нагрузке 104 формируется ступенчатая кривая выходного напряжения (фиг.9б, эпюра 104).

Так формируется пятая последова тельность импульсов управления ключами (фиг.9б, эпюры 92-103, 84, 85).

Импульсы управления ключами, точки соединения которых образуют первые диагонали мостовых схем (например, ключами 92, 93 или .ключами 94, 95 мостовой схемы 89), оказываются сдвинутыми между собой по фазе на 210 эл. град. 25

Для получения промежуточных значений выходного напряжения в четвертой зоне 1,85U -2U применяют метод ШИР, при котором длйтельность подключения нагрузки 104 к фазным напряжениям вторичных обмоток 86-89 трансформаторов 67-69 регулируется так, что в течение каждого из интервалов (2 -,,,...) часть интервала нагрузка 104 сказывается подключенной к трем или двум из указанных фазных напряжений (фиг.9б, управление ключами 92-103, 84, 85 осуществляют согласно временным диаграммам 92-103, 84, 85), остальную часть интервала 40 нагрузка 104 оказывается отключенной от указанных фазных напряжений (фиг.2, управление ключами 92-103, 84, 85 осуществляют согласно временным диаграммам 92-103, 84, 85). В результате диаграммы управления ключами в этой зоне соответствуют фиг.9а. Выходное напряжение в этой зоне иллюстрируется эпюрой 104 фиг. 9а.

Часть 116 интервала г. -t„соответствует подключению нагрузки 104 к напряжению 105, получаемому суммированием напряжений вторичных обмоток 8688 трансформаторов 67-69 при замкнутом ключе 84 (диаграмма управления ключами по фиг.9б), в течение части

117 этого интервала на нагрузку 104 напряжение не подается (диаграмма управления ключами по фиг.2). В дальнейшем аналогично: во время пауз, когда выходное напряжение равно нулю, ключами 92-103, 84, 85 управляют по диаграммам фиг.2; во время импульсов, когда к нагрузке 104 прикладываются фазные напряжения 105-115, ключами

92-103, 84, 85 управляют по диаграммам фиг.9б.

Данный способ управления обеспечивает формирогание кривой выходного напряжения преобразователя (кривая

II) обладающей меньшими искажениями во всем диапазоне регулирования, чем в прототипе (крива I).

Схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления (фиг.10), состоит из задающего генератора 118, выход которого соединен со счетным входом T-триггера 119, прямой выход 120 которо" î подсоединен к входу пересчетной цепи на три

121, а инверсный 122 — к входу пересчетной цепи на три 123 и логическо-. му блоку 124. Три выхода 125-127 пересчетной цепи 121 подают на логические ячейки НЕ 128-130 и на логический блок 124, Три выхода 131-133 пе-" ресчетной цепи 123 подают на логический блок 124. Выхоцы 134-136 логических ячеек НЕ подают на логический блок 124. Кроме того, схема управления включает генератор 137 пилообра-;ного напряжения и компараторы 138141 с прямыми 142-145 и инверсными

146-149 выходами, подключенными к логическому блоку 124, причем выходы компаратора 141 подключают также и к одинаковым устройствам 150 и 151 задержки сигналов, обеспечивающим задержку на время 5-10 периодов выходной частоты преобразователя, выходы

152 и 153 которых подают на логический блок 124. Первые входы компараторов подключают к источникам опорного напряжения U „, -Uo„<, причем

Uoc + 0 8130оп з Uon > 3Uoo t Uosz

2Uo« . Вторые входы компараторов

138-140 объединены между собой и подключены к выходу генератора 137 пилообразного напряжения. Второй вход компаратора 141 подключен непосредственно к источнику 154 регулируемого напряжения. Выходное напряжение генератора 137 суммируется с управляющим напряжением регулируемого источника 154, содержащего ключевой транзистор 155 (на фиг.10 генератор

137 пилообразного напряжения включен

1374368

l5!

P 4

92

296 г, 2

= Q<

Р

Р„

Р

+ Q,.Q,Q4

+С}, Q, Р

Р,, 6

Р6

Р4

Р.

Р

Е9 9 96

Р2

Р4

Рб

+ Q.Q (2) Q5 Q 9

+ Q6Q4

94

2 в

Z, Ч 92 96

Z<îî

99 ю1 1О

Р, Р,Р

86 R 06в ЕВ4 = 26 последовательно с регулируемым источником 154) . Логический блок 124 поСхема работает следующим образом.

Задающий генератор 118 формирует последовательность коротких импуль- 20 сов с частотой, в 12 раз превышающей частоту управления. Эти импульсы поступают на счетный вход Т-триггера

119, на прямом )20 и инверсном 122 выходах которого после ";того появля- 25 ются импульсы с частотой, в 2 раза меньшей частоты генератора 118. Пере- счетная цепь 121 под действием импульсов с прямого выхода 120 триггера 119 формирует на выходах 125-127 30 три последовательности прямоугольных импульсов > дли е.пьноcTb коTopbIx рав на 180 эл.град., сдвинутых между собой на 60 эл.град . Пересчетная цепь

123 под действием импульсов с инверсного выхода 122 триггера 119 формиру3S ет на выходах 131-133 три последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутых каждая относительно соответствующей последовательности 125- 40

127 на 30 эл.град. С помощью логических ячеек НЕ 128-130 на их выходах

134-136 формируются еще три аналогичные импульсные последовательности, сдвинутые относительно последователь- 45 ностей 125-127 на 180 эл.град, Работа схемы управления в первых рех зонах аналогична работе схемы управления по фиг.б. Временные диагр:ля о> импульсов управления и эпюры

50 напряжения на нагрузке 104 соответствуют фиг.2-5а. При этом логический блок 124 реализует зависимости (2) .

Верхним пределом третьей зоны является выхоцное напряжение равное

1,85U . При этом уровень опорного напряжейия источника 154 достигает энаUîÿ = 0,8131сп . В результате срабатывает компаратор 141 и на его строен по следующим логическим выражениям: прямом выходе 145 появляется единичный уровень напряжения,а на инверсном 149 — нулевой. При этом закрыва-. ется ранее открытый единичньы уровнем с выхода 149 компаратора 141 ключевой транзистор 155, иэ-эа чего скачком поднимается напряжение регулируемого источника 154 до величины, необходимой для получения на выходе преобразователя одинакового действующего значения напряжения в момент окончания третьей зоны и в момент начала четвертой зоны регулирования.

Вследствие срабатывания компаратора

141 логический блок 124 на своих выходах 92-103 реализует временную диаграмму по фиг.2 для первой последовательности. При этом на управляющий зажим ключа 84 подается отпирающий, а на управляющий зажим ключа 85 — запирающий потенциалы. На выходе преобразователя отсутствует напряжение.

Это длится в течение задержки устройств 150 и 151 задержки, равной 510 периодам выходного напряжения преобразователя, затем на выходе 152 устройства 150 задержки появляется единичный уровень напряжения, а на выходе 153 устройства 151 задержкинулевой уровень напряжения. В результате по зависимостям (2) реализуются временные диаграммы фиг,9а. Преобразователь работает в четвертой зоне, на его выходе формируется напряжение по эпюре 104 фиг.9а.

При уровне напряжения источника

154 равном UD„ на прямом выходе 144 компаратора 140 оказывается напряжение единичного уровня, а на инверсном выходе 148 — нулевого уровня. В результате на выходах 92-103 84 85 схемы управления действуют импульсы

1374368

17

18 пятой последовательности временные диаграммы фиг.96 . Форма кривой выходного напряжения (фиг,96, эпюра

104) двенадцатиступенчатая., Коэффици- 5 ент гармоник К „ снижается до 0,152.

При предлагаемом способе управления для варианта преобразователя по фиг.8 во всем диапазоне регулирования коэффициент гармоник существенно 10 ниже (кривая II), чем у прототипа (кривая Х); кривая III относится к преобразователю с управлением во всем диапазоне с помощью первой и пятой последовательностей (фиг.11).

При работе преобразователя на асинхронный двигатель в момент перехода на управление импульсами первой и пятой последовательностей возможно включение напряжений сети на противо- 20

ЭДС двигателя так, что токи в ключах резко возрастают. Дпя этого вводят задержку подачи импульсов пятой последовательности, закорачивая обмотки двигателя на 5-10 периодов выход- 25 ной частоты преобразователя. 3а это время электромагнитные процессы в обмотках закончатся, а так как электромагнитная постоянная времени обмоток намного меньше механической постоян- 30 ной двигателя, то двигатель будет вращаться по истечении указанного периода времени практически с неизменной скоростью. При включеннии обмоток на управление от преобразовате- 3 ля токи в ключах не будут превышать допустимых значений. На схеме управления по фиг.10 указанная задержка осуществляется с помощью устройств

150 и 151 задержки. 40

Формула изобретения

1. Способ управления трехфазнооднофазным преобразователем частоты, содержащим три однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, причем первичные обмотки подсоединены к трехфазной сети переменного тока, а вторичные — к первым диагоналям построенных на четырех полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью однофазных мостовых схем, вторые диагонали которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой, состоящий в том, 55 что формируют для управления упомянутыми ключами последовательности прямоугольных импульсов с широтно-импульсным регулированием их длительности, сдвинутых между собой для различных мостовых схем на 120 эл.град., отличающийся тем, что, с целью улучшения формы кривой при глубоком регулировании выходного напряжения преобразователя, для каждого из ключей отдельной мостовой схемы формируют четыре последовательности прямоугольных импульсов длительностью

180 эл.град., так ч-о для первой последовательности импульсы управления ключами, точки соединения которых образуют первые диагс.-.али мостовых схем, формируют совпадающими между собой по фазе, для второй последовательности - сдвинутыми на бО эл.град., для третьей — сдвинутыми на 120. эл. град., для четвертой - с, винутьми нг

180 эл.град., импульсы управления ключами, точки соединения которых образуют вторые диагонали мостовых схем, формируют для всех четырех последовательностей неизменными по фазе и сдвинутыми для каждых двух ключей отдельной мостовой схемы на 180 эл. град., затем при повышении выходного напряжения преобразователя от нуля до Б,(где U — фазное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, поочередно подают на управляющие зажимы ключей импульсы первой и второй последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов первой последовательности и увеличивая длительность подключения импульсов второй последовательности, при повышении выходного напряжения от U до

)3 U< поочередно подают на управляющие зажимы ключей импульсы второй и третьей последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов второй и увеличивая длительность подключения импульсов третьей последовательностей, при повышении выходного напряжения от 3 U до 20. поочередТ 9 но подают на управляющие зажимы клю" чей импульсы третьей и четвертой последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов третьей и увеличивая длительность подключения импульсов четвертой последовательностей.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области использования для преобразователя, содержащего отпайки у

19

1374368

20 первичных обмоток трансформаторов, причем одни из выводов этих обмоток подсоединены к входам переменного тока первого, а отпайки — к входам переменного тока второго трехфазного вентильных мостов с управляемыми ключами с односторонней проводимостью на их выходах, дополнительно формируют для каждого из ключей отдельной мостовой схемы пятую последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутых для ключей, точки соединения которых образуют первые диагонали мостовых схем, на 210 зл.град., поочередную подачу на управляющие зажимы ключей импульсов третьей и четвертой последовательностей осуществляют при изменении выходного напряжения от -Д U до 1,85U, при повышении выходного 20

9 напряжения от 1,85U до 2U поочередно подают на управляющие зажимы ключей импульсы первой и пятой последовательностей, уменьшая длительность подключения импульсов rr. †.ðâoé и увели- 25 чивая длительность подключения импульсов пятой последовательностей и, кроме того, при регулировании выходного напряжения от нуля до 1 85U на

9 управляемый ключ, включенный на выходе трехфазного вентильного моста, зажимы переменного тока которого подсоединены к отпайкам первичных обмоток трансформаторов, подают запирающий, а на управляемый ключ другого такого моста — отпирающий потенциалы, а при регулировании выходного напряжения от 1,85U до 2U< на укаэанные управляемые ключи подают импульсы, сдвинутые для этих ключей на 180 эл. град., с частотой следования в шесть раз больше частоты следования импульсов для полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью.

3 ° Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью защиты преобразователя от выхода иэ строя при работе на асинхронный двигатель путем ограничения максимальных токов ключей в момент перехода на работу с импульсами первой и пятой последовательностей, на управляющие зажимы.. полностью управляемых ключей подают импульсы первой последовательности на время 5-10 периодов выходной частоты преобразователя.

1374368

1374368

1 5

8п

Г

< р7Ра

t rzliiui гг Ж, юг и м z yg л sz па ь i3 . иди (EO t53 Ь У У ЕЮ frr М

1 374368

Глубина рееулиродаиия

Фиа 7

1374368

1374368

Ъ

УВ м

r_#_

Ам

02

4п

Euz 10

)I

Ь

4 а

Art. 1l

Заказ 614/52 Тираж 665 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Укгород, ул. Пр-.актная, 4