Способ управления трехфазным мостовым инвертором

 

Изобретение относится к области электротехники (преобразовательной технике) и может быть использовано при разработке асинхронного электропривода, управляемого от автономного инвертора, а также централизованных источников электропитания с регулируемыми (или стабилизированными) параметрами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Способ управления трехфазным мостовым инвертором заключается в том, что формируют шесть сдвинутых на угол φ/3 последовательностей управляющих импульсов. В соответствии с ними на интервалах проводимости -φ/N - φ/N и φ(N - 1)/N - φ(N + 1)/N осуществляют переключения ключей инвертора по линейно изменяющемуся закону ШИМ. В отличие от известного способа управления на подинтервалах и -φ/6 - φ/6 и *98/2 - 5φ/6 осуществляют дополнительные выключения, а на подинтервале 5φ/6 - 7φ/6 - дополнительные включения ключей. Регулирование величины выходного напряжения инвертора осуществляют за счет более раннего момента переключения ключей в указанных подинтервалах. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Н 02 M 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4387238/24-07 (22) 04.04.88 (46) 07.01.90. Бюл.  I (71) Московский текстильный институт им. А.Н.Косыгина (72) А.В.Чесноков (53) 621.316.727(088.8) (56) Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием. — М.: Энергия, 1977, с. 136.

Авторское свидетельство СССР

У 660172, кл. Н 02 М 7/48, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к области электротехники (преобразовательной технике) и может быть использовано при разработке асинхронного электропривода, управляемого от автономного инвертора, а также централизованных источников электропитания с регулиИзобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении регулируемых источников вторичного электропитания (ИВЭП) для электропривода или стабилизированных автономных централизованных систем электроснабжения, в тех случаях, когда выдвигаются требования к качеству преобразованной электроэнергии.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей инвертора, обеспечение регулирования выход„.зо„„ и47ш. д1

2 руемыми (или стабилизированными) параметрами. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей.

Способ управления трехфазным мостовым инвертором заключается в том, что формируют шесть сдвинутых на угол /3 последовательностей управляющих импульсов. В соответствии с ними на интервалах проводимости -(i/и-Ф/и и и(n-1)/и-и(n+I)/п осуществляют переключения ключей инвертора по линейно изменяющемуся закону ШИМ. В отличие от известного способа управления на подынтервалах - a /6- /6 и Т/2-5 h/6 осуществляют дополнительные выключения, а на подынтервале 5Г/6-7 8/6 — дополнительные включения ключей. Регулирование величины выходного напряжения инвертора осуществляют за счет более раннего момента переключения ключей в указанных подынтервалах.

4 ил. ного напряжения наиболее эффективным способом ИИР и улучшение его спектральных характеристик за счет IHHY,, осуществляемое путем амплитудно-им.пульсной модуляции 2-го рода с глубиной модуляции равной двум простейшим разночастотным сигналам прямоугольной формы без использования сигналов в аналоговом виде.

На фиг. 1 представлен трехфазный мостовой инвертор; на фиг. 2 — необходимые промежуточные сигналы, а также сигналы управления ключами инвертора, сформированные в соответствии

1534701

f0 I5

25

40

50

55 с предлагаемым способом управления и форма выходного (фазного) напряжения инвертора; на фиг. 3 †. принципиальная схема устройства для управления трехфазным мостовым инвертором, реализующая предлагаемый способ управления при п=3; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Принцип формирования последовательностей управляющих импульсов ключами 1-6 инвертора (фиг. 1) по пред; лагаемому способу поясняется времен1 ными диаграммами (фиг. 2), где: Ug переменный высокочастотный сигнал

1 частоты Й„ (период Т,); Uy - модулирующий прямоугольный сигнал частоты

f> (период

В соответствии с известным способом формирование квазисинусоидального сигнала управления; производят методом ANN второго рода с глубиной модуляции равной двум>по периодическому линейно изменяющемуся закону на интервалах длительностью 1/n в обе стороны от точек 0 и Я перехода основной гармоники результирующего сигнала UF через ноль. Соответственно на интервале Т/n- п(п-1) /n сигнал

UF имеет положительную (или открывающую соответствующий ключ инвертора на фиг. 1) полярность, и на интервале и (и+1) /n-Т(2п«l) /и - отрицательную (или закрывающую ключ) поляр! ность. Чтобы обеспечить регулирование выходного напряжения инвертора

U ц„формируют дополнительную последовательность регулировочных импульсов с изменяемой длительностью -U (пауз U<) эту последовательность формируют с частотой одного из высокочастотных сигналов (например, с частотой f, сигнала 01 ), Уменьшение

1 величины U „„обеспечивается за счет более раннего момента переключения изменения потенциала регулировочйой последовательности импульсов П от

0 до максимального значения (фиг.2), а момент возврата в исходное состояние сохраняют неизменным, совпадающим с фронтом переключения сигнала

Uy . В соответствии с сигналом U< ! г на подынтервале (-и/6)- и/6 проводимости каждого управляющего сигнала ключами=;1-6 инвертора (например, U на фиг. :2) осуществляют дополнительные по сравнению с сигналом U выключения ключа, а на подынтервале

5a/6-7 /6 в соответствии с сигналом

U< - дополнительные включения этого ключа, Кроме того, на подынтервале Т/257/6 в соответствующие моменты, определяемые последовательностью U также производят дополнительные выключения ключей 1-6 мостового инвертора.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа управления трехфазным мостовым инвертором на примере формирования сигнала .управления Ц ключом 1. Высокочастотный сигнал U

J модулируется высокочастотным сигналом

Ug . При совпадении полярности данф ных сигналов результируюшдй сигнал

U< имеет положительную полярность, а при их несовпадении — отрицательную.

В результате на интервалах проводимости (-Т/и)-«/и и ii(п-1)/и-и(n+l)/n каждого ключа будет сформирован управляющий сигнал, средняя линия которого линейно возрастает и убывает.

На интервалах проводимости Г/и-п(п-1)/

/n и т (и+1) /и-Т(2п-1)/и сигнал Ц, выпрямляют соответственно с разной полярностью. Таким образом, будет сформирован сигнал U с ШИМ по трапецеидальному закону.

На интервале проводимости (- «/6)Т/6 в соответствии с сигналом U осуществляют дополнительные выключения ключа 1 инвертора, причем эти выключения обладают приоритетом по сравнению с сигналом управления U .

Они могут либо полностью, либо частично нейтрализовать отпирающие импульсы сигнала UF (например, сигнал

U< на интервале -n/6-a/6) по сравнению с сигналом . так, что длительность открытого состояния ключа 1 на указанном подынтервале (-Иб)-ю/6 уменьшается. На подынтервале (/б- й/2 фрагмент сигнала U совпадает с соответствующим фрагментом сигнала U .

В соответствии с последовательностью

U на интервале проводимости Я /2Ф(п-1)/и также обеспечивают дополнительное выключение ключа l, каждое заданной длительностью ьБ . В зависимости от величины п определяющей длительность зоны IHHN сигнала управления каждым ключом, они могут также налагаться на импульсы (паузы) последовательности U и иметь определяющее значение, т.е. запирать данный ключ инвертора независимо от полярности сигнала О .На интервале

Внутренние связи между элементами логических узлов 27-32 можно описать следующими логическими выражениями, однозначно определяющими форму выходных сигналов Цй ЦЭ1

П„=А=(Я,,, О,р.)бЛ,М Я,а

U, =A=(Q QqF +Ъ а Q,Qagg,QgoC+QЛ 11 а9 В ЙsQз> +Qз zйьQ <06Q4<+QьЪ 1

U =>=(QsQsF< Яэ а ) QeQ2

Б, (при Ы.=О). Следует отметить, что общее число переключений ключей 1-6 инвертора по сравнению со случаем

К=О увеличивается минимально. Это свя-10 зано с выбором вида последовательности регулировочных импульсов L< а именно тем, что один из фронтов этих импульсов совпадает с фронтом последовательности U и при их наложении число переключений ключей на интервалах (-Т/6)-и/6 и 57/6-7Т/6 не увеличивается, а только изменяется момент их включения или выключенйя, Устройство (фиг. 3) для управления трехфазным мостовым инвертором (фиг. 1), реализующее предлагаемый способ управления, например, при и-3 содержит задатчик 7 частоты, три делителя 8-10 частоты, первый 8 из ко- 25 торых выходом подключен к входу двухканального распределителя на двух

I-К-триггерах 11-12, включенных по схеме с перекрестными связями. Выходы второго делителя 9 частоты, а также 30

I-К-триггеров 11 и 12 подключены к входам трех формирователей 13-15 узких импульсов. Выходы последних через два элемента 2ИЛИ 16 и 17 связаны со счетными входами двух Т-триг35 геров 18 и 19. Выход третьего делителя 10 частоты подключен к входу шестиканального распределителя импульсов на шести I-К-триггерах 20-25, с перекрестной связью (выход Q6 триг- 40 гера 25 связан с входом К, а выход

Q — с входом I триггера 20). Модулятор 26 ширины импульсов связан с задатчиком 7 частоты через один из делителей 8-9 частоты (на фиг. 3 — с делителем 9). Выходы Г,, F< триггеров 18 и 19, выход о модулятора ши,рины импульсов 26 и выходы Q (,Q1t

Я Д триггеров 20-25 подключены к входам шести идентичных логических узлов 27-32. Выходы А, А, В, В, С, С этих узлов 27-32 через усилительноразвязывающий узел (не показан) связаны с соответствующими входами ключей 1-6 инвертора (фиг. 1). Возможный вариант исполнения логического узла (например 27, предназначенного для формирования управляющего сигна,ла А) выполнен содержащим ° элемент

1 6

2И-НЕ 33, два элемента ЗИ-НЕ 34 и 35, элемент 2-2И-ИЛИ Зб и элемент 2-ЗИИЛИ 37. Связи между указанными триггерами 18 и 19 и 20-25 модулятором

26 и входами логического узла 27 определяются логическими выражениями: на выходе элемента 2И-НЕ 33 U =®Р,; на выходе элемента 2-2И-ИЛИ 36 Uq

=1, U»+0yF< на выходе элемента ЗИ-НЕ

34 U =Q z< Ы; элементa ЗИ-НЕ 35 П

=Ц ф, и наконец на выходе элемента

2-ЗИ-ИЛИ 37 U =U

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором работает следующим образом.

Сигнал U (фиг. 4) с выхода задатчика 7 частоты поступает на входы делителей 8-10 частоты и обеспечивает синхронизацию работы всех узлов устройства. На выходах триггеров 11 и 12 формируют сигналы U«, U< частоты Е„„ сдвинутые на угол 7/2 относительно друг друга, а на выходе делителя 9 частоты — сигнал U частоты f После формирования узких импульсов — фронТоВ сигналов Б9, U Ugg npH помощи формирователей 13-15 и логического сложения соответственно сигналов

U +Он и U9+U< осуществленного посред9 ством элементов 2ИЛИ 16 и 17, последовательности импульсов U би U, поступают на счетный вход Т-триггеров

18 и 19. Выходные сигналы U<, U<9(F,, F соответственно) представляют со2 бой фрагменты управляющих сигналов, а именно линейно изменяющиеся участки на интервалах (-Т/6)-и/6 и 5 (/б-75/6 проводимости. Коэффициент деления третьего делителя частоты 10, а также число каналов (число триггеров 20-25) распределителя определяются числом и (длительностью зоны йlп) Сигнал U (Ы) с Выхода. модуля» тора 26 ширины импульсов, также как и сигналы БУО 5((1(1 Q< у Q ) подают на входы логических узлов 27-32.

1534701

Н

sin(6K+1) (N-2а) и (N+1) Т 2UÐ 1

"вых и +0 6K>1

sin(6K+ l ) н /n(N+! ) .sin(6K+1) ир, з1п(6К+1) н /Ип

П„=-С=(6,6, F+, Р,) 6„Ц, 4,Ц,.с+(,4,ы.;

U»-C={q,q, Р+а, Р) Я.Л, ОД, +ЧД, .

При подаче на управляющие входы ключей 1-6 инвертора сформированных в результате необходимых логических операций последовательностей управля! (N-2a-1)н ос1

sin(6K<1) — - — — - + - ж. 23 где К - mo6oe число больше О, при

К=О переменная 6К!1 принимает эна1ение равное 1, а при остальных зна1 ениях К она имеет два значения (на- 20 !

1ример, при K=1 6 К!-1=5 и 7), а — це,лое число, ближайшее меньшее удовлетюЯ!„(И+1) ! оряющее неравенству à 6 E — " — ——

1 изменяется от О до N/2. 25

Таким образом, предлагаемый способ

«!правления трехфазным мостовым инвер ором позволяет осуществить регулирование методом EHP выходного напряже1!ия с НИМ. Ключи инвертора при этом 30

1!ереключаются минимально возможное !исло раз, что позволяет получить оптимальные энергетические показатели.

Качество выходной электроэнергии ри предлагаемом способе управления

«!пределяется величинами п, Н и о6 . еличины и и И задают параметры средей линии выходного напряжения с ШИН, Изменяют параметры спектра 0 . С

Увеличением N, высшие гармоники спект-40 ра 11„,„, имеющие наибольшее относительное значение, смещаются в высокочастотную область, что облегчает воэможность их фильтрации. Это особенно видно при анализе такого частотноза- 45 висимого показателя преобразованной электроэнергии как коэффициент гармоник выходного тока К (i). Так при п 6 и N=2 K<(i)=0,079 прио1 =О при

eL 0,2Ы„„, К" (i)=0,118, а приЫ =0,4Ыц „,н 50 .1К",. (1) =0,191. При увеличении Я до 6 и том же значении п, в первом случае

К, . (i) 0,035, во втором — К, (i)=

"О, 059, а в третьем - К „ (i) 0, 092.

По у енные результать! вычислею! При 55 угле нагрузки!!!--20 . Очевидно, что с увеличением N. качество выходной электроэнергии улучшается. По сравнению о с известным 180 -градусным алгоритющих импульсов на выходе последнего формируется трехфазное переменное регулируемое по величине напряжение

U „„. В общем случае п (угла наклона боко вой линии трапеции — средней линии сформированного сигнала с ШИМ) оно описывается выражением мом управления, трехфазным мостовым инвертором, нри тех же значениях н и Ч Kr(i)=03129 К Ё(1)=0,215, К (1)=

=0,26. Как видно, предлагаемый способ управления позволил уменьшить величину коэффициента гармоник тока при о О (на 35-70 ) и особенно существенно в процессе широтно-импульсного регулирования напряжения, сформированного при помощи метода ШИИ (в среднем на 45-70 ), Предлагаемый способ управления может найти применение при проектировании регулируемых по напряжению ИВЭП для электропривода переменного тока особенно используемых на автономных объектах, где особенно важны массогабаритные показатели устройства, а также при построении централизованных систем электроснабжения в тех случаях, когда выдвигаются жесткие требования к качеству преобразованной электроэнергии.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что формируют шесть идентичных, сдвинутых на угол (i/3 последовательностей управляющих импульсов частоты

Р, и подают их на управляющие входы ключей инвертора, причем на интервалах н /n- н/2 осуществляют их постоянно открытое состояние, на интервалах

i<(n+1)n — -н(n+2)/п их закрытое состояние, а на,интервалах (-!!/и)-«/n u !!(п-1) /n-» (и+1)/и осуществляют пере-: ключение ключей, причем каждую из шести идентичных, сдвинутых на угол

Я/3 последовательностей управляющих импульсов частоты Р для осуществле1534701 ния указанного переключения ключей формируют путем амплитудно-импульсной модуляции второго рода с глубиной модуляции равной двум переменноУ Э 5

ro сигнала частоты f сигналом прямоугольной формы частоты f значение частот упомянутых сигналов задают равным f, F„N/2 и f„ f, +пР/2, где ив любое число, выбранное из неравенства 2c п й6, à N — любое целое число, неменьшедвух, отличающийс я тем, что, с целью расширения

10 функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования величины его выходного напряжения, формируют две дополнительные противотактовые последовательности управляющих импульсов с частотой f< и длительностью р, изменяющейся 06 Кй 2У/nN, причем на подынтервалах (-н/6)-а/6 и «/2-5 «/6 осуществляют дополнительное закрытое состояние ключей, а на подынтервалах 5 «/6-7 «/6 — дополнительное открытое состояние ключей.

+Ц и

)534701

1534701

-- 0 — — - 7 (— *. б 6 Z 6 о

Фиг. 4

Составитель О.Парфенова

Техред М. Zодании Корректор Л. Патай

Редактор В.Бугреикова

Заказ 54 Тираж 485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Ur 8

U((0(г

Q8 (6

u,æ) и,() 4 и,(а,)

u,,(a,) ц,(а,) и, (4 аФ и„&а)

Яу и в

08(035

4г71 )

Цг8(А) ц (а)

0 ((® и„fc) и„ c) комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101