Способ управления обратимым преобразователем энергии переменного тока в энергию постоянного тока

 

Областью применения предлагаемого технического решения является управление обратимыми преобразователями энергии переменного тока в энергию постоянного тока с использованием в мостовой схеме ключей с односторонней проводимостью и непрерывным сигналом управления методом широтно-импульсной модуляции. Технический результат - формирование заданной формы и фазы переменных токов преобразователя, например синусоидальных сетевых токов с единичным коэффициентом мощности. В процессе способа из задающего обобщенного вектора переменных токов выделяют результативную составляющую. Затем по условию совпадения знаков компонент результативной составляющей путем выделения модулей формируют два времязадающих сигнала. Формируют два кусочно-линейных однополярных несущих сигнала, отличающихся знаками производных, и сравнивая каждый из них с одним из двух опорных сигналов, определяют моменты коммутации ключей мостовой схемы. Предлагаемый способ позволяет обеспечить двустороннюю передачу энергии без усложнения традиционной мостовой схемы преобразователя, практически синусоидальный переменный ток и регулируемый коэффициент мощности. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области управления обратимыми преобразователями энергии переменного тока в энергию постоянного тока с использованием в мостовой схеме ключей с односторонней проводимостью и непрерывным сигналом управления.

Наиболее близким из известных способов управления обратимыми преобразователями энергии переменного тока в энергию постоянного тока с использованием в мостовой схеме ключей с односторонней проводимостью и непрерывным сигналом управления является способ управления ключами трехфазного выпрямителя (инвертора) тока в режиме широтно-импульсной модуляции, позволяющий получить практически синусоидальный переменный ток и единичный коэффициент мощности на входе коммутатора [Изосимов Д.Б., Рывкин С.Е. Улучшение качества энергопотребления полупроводниковыми преобразователями с ШИМ // Электричество 4, 1996, с.48-55]. Трехфазная мостовая схема выпрямителя (инвертора) тока характеризуется девятью рабочими состояниями ключей, шесть из которых соответствуют ненулевым образующим векторам, а три - нулевым. Напряжение в цепи постоянного тока формируется за счет формирования на периоде широтно-импульсной модуляции двух ненулевых и одного нулевого образующих векторов тока. Для формирования требуемого результирующего вектора тока определяют, какому из шести секторов, ограниченному двумя ближайшими ненулевыми образующими векторами, он принадлежит. Затем рассчитывают длительности формирования на периоде широтно-импульсной модуляции двух ненулевых и одного нулевого образующих векторов тока. Поскольку из-за наличия в звене постоянного тока сглаживающего дросселя разрывы цепи являются недопустимыми, для формирования нулевого вектора замыкают оба ключа хотя бы в одном из плеч моста. В способе [Изосимов Д. Б. , Рывкин С.Е. Улучшение качества энергопотребления полупроводниковыми преобразователями с ШИМ // Электричество 4, 1996, с.48-55] сектор определяется косвенно. Для этого измеряют входные напряжения и, выбирая два наибольших линейных напряжения, находят сектор. Длительности формирования образующих векторов тока рассчитывают из условий обеспечения заданной величины выпрямленного напряжения и пропорциональности долей времени ненулевых образующих векторов тока соответствующим значениям фазных напряжений.

Недостатками вышеописанного способа являются невозможность изменения фазы результирующего вектора переменного тока и соответственно регулирования коэффициента мощности преобразователя. В случае несинусоидальности напряжения сети формируемые сетевые токи также оказываются несинусоидальными. Кроме того, способ не определяет однозначно сигналы управления ключами на интервале формирования нулевого вектора тока.

Целью данного изобретения является обеспечение синусоидальности переменного тока и регулирования коэффициента мощности.

Вектор заданных мгновенных значений фазных токов преобразуют с выделением трех результативных компонент, удовлетворяющих условию равенства их суммы нулю. На каждом периоде широтно-импульсной модуляции на основе анализа знаков результативных компонент определяют четыре рабочих ключа, один из которых используют в качестве базового и включают на весь период широтно-импульсной модуляции. Для определения моментов переключения трех оставшихся рабочих ключей формируют два времязадающих сигнала путем выборки из трех результативных компонент задающего вектора двух активных компонент по условию совпадения их знаков и выделения модулей этих компонент. Путем выборки из трех результативных компонент задающего вектора базовой компоненты по условию отличия ее знака от знака активных компонент определяют базовую фазу мостовой схемы, содержащую базовый ключ. Базовый ключ определяют по знаку базовой компоненты. Для формирования нулевого образующего вектора тока используют второй ключ базовой фазы, для формирования двух ненулевых образующих векторов тока используют ключи двух других фаз, которые определяют по знаку активных компонент. Ключи, используемые для формирования ненулевых образующих векторов тока, переключают в моменты совпадения опорных сигналов с времязадающими сигналами, ключ, используемый для формирования нулевого образующего вектора тока, включают на интервалах времени, когда выключены оба ключа, используемые для формирования ненулевых образующих векторов.

Для регулирования коэффициента мощности преобразователя в цепи переменного тока изменяют фазу вектора заданных мгновенных значений фазных токов относительно фазы вектора переменного напряжения.

Для регулирования напряжения на стороне постоянного тока преобразователя изменяют амплитуду компонент вектора заданных мгновенных значений фазных токов.

На фиг.1 представлена трехфазная мостовая схема выпрямителя (инвертора) тока. СУ - схема управления ключами преобразователя, вырабатывающая сигналы управления в соответствии с поданным на ее вход вектором заданных фазных токов преобразователя - На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов в соответствии с представляемым способом. На этом чертеже: ВРС - блок выделения результативной составляющей, ОС - блок определения текущего сектора, ГОС - генератор опорных сигналов, ФСУ - формирователь сигналов управления ключами, F= [f1, f2, f3,f4,f5,f6]Т - вектор сигналов управления ключами (1 - ключ открыт, 0 - закрыт).

На фиг.3 показано распределение знаков компонент результативной составляющей вектора заданных фазных токов преобразователя для случая их синусоидальности.

На фиг.4 представлен результат формирования управляющих сигналов для III-го сектора.

Поскольку рассматриваемая схема не имеет нулевого провода, то из произвольного вектора заданных фазных токов путем умножения на матричную константу выделяют результативную составляющую I*пm F= MI*п F, которая может быть воспроизведена в виде усредненных значений широтно-модулированных фазных токов преобразователя - , причем i*пma+i*пmb+i*пmc= 0. На фиг.2 эту функцию выполняет блок выделения результативной составляющей (ВРС). Затем путем анализа знаков компонент вектора результативной составляющей I*пm F определяют текущий сектор, поскольку каждый сектор характеризуется определенной комбинацией знаков (фиг.3). По условию совпадения знаков из трех компонент вектора результативной составляющей выделяют две активные компоненты, используемые в дальнейшем для определения активных на текущем периоде ШИМ ключей. Третья компонента вектора результативной составляющей является базовой. Так, например, в III-м секторе (фиг. 3) одинаковый знак (положительный) имеют компоненты i*пma и i*пmb, а i*пmc имеет противоположный знак (отрицательный), в этом случае активными компонентами будут i*пma и i*пmb, а базовой компонентной будет i*пmc. Выделяя модули активных компонент, формируют два времязадающих сигнала i*1 и i*2 для III-го сектора (фиг.3) i*1 = |i*пma|, i*2 = |i*пmb|. По составу активных компонент и по их знаку определяют два активных ключа, моменты переключения которых определяют путем формирования двух периодических однополярных кусочно-линейных опорных сигналов с противоположными по знаку производными по времени iоп1 и iоп2 и сравнения каждого из опорных сигналов с одним из двух времязадающих сигналов. В III-м секторе активными компонентами являются i*пma и i*пmb (фиг.3), поскольку активные компоненты положительны, активными ключами являются 1-й и 3-й ключ. Моменты переключения активных ключей производят в моменты совпадения мгновенных значений опорных и времязадающих сигналов (фиг.4). Опорные сигналы iоп1 и iоп2 вырабатывает генератор опорных сигналов (ГОС) (фиг.2).

По базовой компоненте определяют базовую фазу, содержащую базовый ключ, который включают на весь период ШИМ, причем базовый ключ определяют по знаку базовой компоненты. Для III-го сектора базовой компонентой является i*пmc, тогда фаза С базовая, а базовым ключом является 6-й ключ мостовой схемы (фиг. 1), поскольку компонента i*пmc отрицательная. Второй ключ базовой фазы используют для формирования нулевого вектора (для III-го сектора - это 5-й ключ), его включают на интервалах времени, когда выключены оба активных ключа (фиг.3).

Для регулирования напряжения на стороне постоянного тока преобразователя изменяют амплитуду компонент вектора заданных мгновенных значений фазных токов. Рекуперация осуществляется изменением знака напряжения в звене постоянного тока.

Использование предлагаемого способа управления обеспечивает улучшенную совместимость преобразователя с питающей сетью (нагрузкой), а именно синусоидальность переменного тока, и тем самым снижает искажения напряжения питающей сети и потери от высших гармонических составляющих в линиях электропередач (нагрузке), регулирование коэффициента мощности позволяет снизить реактивную составляющую переменного тока, рекуперация обеспечивает возврат энергии в питающую сеть.

Реализуемость предлагаемого способа подтверждается результатами проведенных экспериментальных исследований, представленными на фиг.5. Приведенные осциллограммы соответствуют установившемуся выпрямительному режиму, они были получены на опытном образце обратимого преобразователя мощностью 10 кВА, выполненном на транзисторах с изолированным затвором с последовательно подключенными диодами. На этом чертеже ua - фазное сетевое напряжение, ia - фазный сетевой ток, id - выпрямленный ток.

Формула изобретения

1. Способ управления обратимым преобразователем энергии переменного тока в энергию постоянного тока с использованием в трехфазной мостовой схеме ключей с односторонней проводимостью и непрерывным сигналом управления, работающих в режиме широтно-импульсной модуляции, отличающийся тем, что вектор заданных мгновенных значений фазных токов преобразуют с выделением трех результативных компонент, удовлетворяющих условию равенства их суммы нулю, на каждом периоде широтно-импульсной модуляции на основе анализа знаков результативных компонент определяют четыре рабочих ключа, один из которых используют в качестве базового и включают на весь период широтно-импульсной модуляции, моменты переключения трех оставшихся рабочих ключей определяют путем формирования двух периодических однополярных кусочно-линейных опорных сигналов с противоположными по знаку производными по времени и сравнения каждого из опорных сигналов с одним из двух времязадающих сигналов, причем времязадающие сигналы формируют путем выборки из трех результативных компонент задающего вектора двух активных компонент по условию совпадения их знаков и выделения модулей этих компонент, базовую фазу мостовой схемы, содержащую базовый ключ, определяют путем выборки из трех результативных компонент задающего вектора базовой компоненты по условию отличия ее знака от знака активных компонент, причем базовый ключ определяют по знаку базовой компоненты, для формирования нулевого образующего вектора используют второй ключ базовой фазы, для формирования двух ненулевых образующих векторов используют ключи двух других фаз, которые определяют по знаку активных компонент, каждый из ключей, используемых для формирования ненулевых образующих векторов, включают на время, когда мгновенное значение соответствующего времязадающего сигнала больше или равно значению сравниваемого с ним опорного сигнала, ключ, используемый для формирования нулевого образующего вектора, включают на интервалах времени, когда выключены оба ключа, используемых для формирования ненулевых образующих векторов.

2. Способ управления обратимыми преобразователями энергии переменного тока в энергию постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что регулирование коэффициента мощности преобразователя в цепи переменного тока осуществляют изменением фазы вектора заданных мгновенных значений фазных токов относительно фазы вектора переменного напряжения.

3. Способ управления обратимыми преобразователями энергии переменного тока в энергию постоянного тока по п. 1 или 2, отличающийся тем, что регулирование напряжения на стороне постоянного тока преобразователя реализуют изменением амплитуды компонент вектора заданных мгновенных значений фазных токов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно для управления электродвигателями постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим преобразователям электроэнергии, применяемым в системах автономного, в том числе гарантированного, электроснабжения

Изобретение относится к области электротехники, а именно к управлению входными преобразователями электроподвижного состава переменного тока

Изобретение относится к области электротехники, а именно к управлению входными преобразователями электроподвижного состава переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления вращающихся электрических машин

(57) Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложен способ работы преобразовательной схемы, содержащей по меньшей мере два фазных модуля (11), причем каждый фазный модуль (11) содержит первую и вторую преобразовательные подсистемы (1, 2), для каждого фазного модуля (11) преобразовательные подсистемы (1, 2) последовательно соединены между собой, точка соединения преобразовательных подсистем (1, 2) образует выход (А), каждая преобразовательная подсистема (1, 2) включает в себя индуктивность (L1, L2) и по меньшей мере одну включенную последовательно с ней двухполюсную коммутационную ячейку (3), и каждая двухполюсная коммутационная ячейка (3) содержит два последовательно включенных управляемых двунаправленных силовых полупроводниковых выключателя с управляемым однонаправленным направлением прохождения тока и включенный параллельно последовательной схеме из силовых полупроводниковых выключателей емкостной аккумулятор энергии, при котором силовыми полупроводниковыми выключателями коммутационных ячеек (3) первой преобразовательной подсистемы (1) управляют посредством управляющего сигнала (S1), а силовыми полупроводниковыми выключателями коммутационных ячеек (3) второй преобразовательной подсистемы (2) управляют посредством дополнительного управляющего сигнала (S2). Для создания конструкции емкостных аккумуляторов энергии, которая не зависит от требующегося тока на выходе преобразовательной схемы, т.е. от частоты тока, для каждого фазного модуля (11) управляющий сигнал (S1) формируется из сигнала (VL+) напряжения на индуктивностях (L1, L2) и коммутационной функции (α1) для силовых полупроводниковых выключателей коммутационных ячеек (3) первой преобразовательной подсистемы (1), а дополнительный управляющий сигнал (S2) формируется из сигнала (VL) напряжения на индуктивностях (L1, L2) и коммутационной функции (α2) для силовых полупроводниковых выключателей коммутационных ячеек (3) второй преобразовательной подсистемы (2), коммутационные функции (α1, α2) формируются посредством сигнала (VA) напряжения, связанного с напряжением (Vu) на выходе (А), и выбираемого опорного сигнала (Vref), причем сигналы (VA) напряжения, связанные с напряжением (Vu) на выходах (А) преобразовательных подсистем (1, 2), выбираются синфазными. Технический результат - уменьшение влияния выходного тока на колебания напряжений на емкостных аккумуляторах. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования постоянного тока в переменный. Технический результат - снижение токов автономного инвертора, а также емкости, размеров и массы его входного конденсатора. Автономный инвертор (1) получает входное напряжение от источника (2) постоянного тока и через трансформатор (3) с низким коэффициентом связи между обмотками питает нагрузку (4). Инвертор (1) содержит: входной конденсатор (5), вентильный коммутатор (6) и последовательный резонансный контур (7). Вентильный коммутатор мостового типа составлен из плеч (13), (14), (15) и (16), каждое из которых состоит из транзистора и диода. Резонансный контур (7) и первичная обмотка (23) трансформатора 3 подключены к выходным зажимам (21) и (22) инвертора (1). Вторичная обмотка (24) соединена с входными зажимами (25) и (26) выпрямителя (10), входящего в цепь нагрузки (4). Между входными зажимами (17) и (18) полумостового вентильного коммутатора (6) с емкостным делителем включены два конденсатора (31) и (32) с одинаковой емкостью. Функцию источника напряжения постоянного тока (2) выполняет согласное последовательное соединение двух источников напряжения постоянного тока (34) и (35), имеющих одинаковое напряжение. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вакуумных установках для плавки и термообработки металлов. Технический результат: непрерывный контроль симметрии и величины напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети, быстрое снижение напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежное и плавное выключение преобразователя при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль, повышение электрического КПД индуктора, улучшение формы выходного тока. В преобразователь частоты введен четвертый мост. Нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, включенных последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей. Рассмотрен способ управления преобразователем частоты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Для передачи электроэнергии между системой постоянного напряжения и, по меньшей мере, n-фазной системой переменного напряжения создан преобразователь (10), содержащий n-фазный трансформатор (20) и преобразовательную схему (12) из n-го числа ММС-модулей (30), причем число n составляет, по меньшей мере, три. ММС-модули (30) включены последовательно. Преобразователь (10) содержит развязывающие конденсаторы (16) для подвода электроэнергии к трансформатору (20) и/или для отбора электроэнергии от него. Каждая обмотка (21) первой стороны (21s) трансформатора (20) образует с одним из развязывающих конденсаторов (16) последовательную схему (17), причем каждая из последовательных схем (17) включена параллельно одному из ММС-модулей (30). Кроме того, созданы способы (100, 200) эксплуатации для преобразования постоянного напряжения (UDC), по меньшей мере, в трехфазное переменное напряжение (U22, U 22 ' , U 22 " ) и для преобразования, по меньшей мере, трехфазного переменного напряжения (U22, U 22 ' , U 22 " ) в постоянное напряжение (UDC). 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх