Способ управления инвертором напряжения

 

О П И С A Н И Е (ц 57665I

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Соеетскил

Социалистицескик

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.11.72 (21) 1849253(07 (51) Ч. Кл. Н 02Р 13/16 с присоединением заявки Л

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам иэобретвнив и открытий (23) Приоритет

Онублико1н1но 15.10.77. 1>1олл lсвь М 38

Дата опубликования описания 07.09,77 (53) У (К 621.316. (2( (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. С. Зиновьев и E. И. Уланов

Новосибирский электротехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРО(т1 НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области вентильной преобразовательной техники и может быть использовано в преобразователях частоты (автономных инверторах напряжения) с широтно-импульсным формированием выходного напряжения.

Известен способ управления антономными инверторами путем широтно-импульсного регулирования ШИР (1). Недостатком этого способа является низкое качество выходного напряжения (тока) инвертора на низких частотах.

Известен также способ управления автономными инверторами путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительности последовательности прямоугольных импульсов по синусоидальному закону (2). По этому способу формируются три последовательности импульсов, следующих с определенной (тактовой) частотой, длительность которых промодулирована по закону модулирующего напряжения (синусоидальной формы). Недостатком является несимметрия напряжения по полуволнам и фазам в случае многофазного по выходу инвертора. Указанный недостаток становится особенно заметным при отношении тактовой частоты к частоте модулирующего напряжения меньшем десяти — двенадцати. Несимметрия может возникнуть и из-за неидентичности каналов модуляции, что приведет к дополнительной несимметрии трех последовательностей импульсов.

Другой недостаток известного способа ограниченность верхнего значения частоты выходного напряжения, что связано с постоянством тактовой частоты, которая не может быть выбрана очень высокой пз-за роста коммутационных потерь в вентилях.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления инвертором напряжения, при котором формируют три последовательности импульса управления, длительность которых модулирована по синусоидальному закону (3). Недостатком этого способа является несимметрия выходного напряжения и ограниченность всрхнего значения частоты выходного напряжения.

По предлагаемому способу для повышения симметрии выходного напряжения и увеличения верхнего значения его частоты последовательности импульсов для управления вентилями инвертора формируют с периодом, равным /6 части периода выходного напряжения, 25 В конце периода аждой последовательности вводят импульс одинаковой длительности, присутствующий на всех частотах, причем импульсы управления каждой фазы формируют путем циклической перестановки указанных

30 последовательностей импульсов с частотой, 576651 равной шестикратному значению частоты выходного напряжения.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предложенный способ; на фнг. 2- -4 —— диаграммы, поясняющие предлагаемый способ. При этом на фпг. 2 изображены модулирующие напряжения для известного (фиг.2, а) и предлагаемого (фиг. 2, б, в, г) способов управления; фиг. З,а — з иллюстрирует получение импульсных последовательностей для управления вентилями; фиг. 3, и, к, л — форму выходного напряжения на низких частотах; на фиг. 4 изображена форма напряжения на высших частотах.

Для удобства рассмотрения иллюстрация данного способа приведена применительно к трехфазному по выходу инвертору с явным звеном постоянного тока для случая односторонней синусоидальной широтно-импульсной модуляции.

Инвертор собран по мостовой схеме, состоящей из шести вентилей 1 —:6 со свойствами полностью управляемых приборов, шести обратных диодов 7 —:12 и нагрузки 13 —:15, соответствующей трем фазам А, В, С трехфазной нагрузки.

Период модулирующего напряжения (а значит и выходного напряжения инвертора) разбивается на шесть равных частей, как показано на фиг. 2, а. Если задать форму модулирующего напряжения только на одной шестой части периода во всех трех фазах (кривые Х, У, Z на первом участке фиг. 2,а), то напряжение на остальных участках периода (участки

II — VI на фиг. 2) может быть получено путем циклической перестановки через одну шестую часть периода кривых Х, У, Z. Очередность следования заданных кривых модулирующего напряжения по участкам для всех фаз приведена на фиг. 2, а под диаграммой.

В действительности кривая модулирующего напряжения синусоидальной формы (фиг.

2, а) в явном виде не синтезируется из указанных участков, а форма модулирующего напряжения, используемого в системе, имеет вид, изображенный на фиг. 2, б — 2, г. Таким образом, трехфазная система модулирующего напряжения синусоидальной формы заменена тремя (Х, Y, Z) модулирующего напряжения специальной формы. Ступенчатая аппроксимация этих кривых позволяет легко их генерировать методом суммирования импульсов равной длительности.

Под действием трех модулирующих напряжений (фиг. 2,б — 2,г) в трех каналах формируются модулированные по длительности три последовательности импульсов управления, Подключая в соответствии с таблицей фиг.

2, а вентили фазы А на одну шестую часть периода поочередно к каналам модуляции

Х вЂ” У, Z — Х, Y — Z, сформируем напряжение фазы А инвертора (знак минус в таблице говорит о том, что в вентильной группе фазы включаются вентили, обеспечивающие формировапие отрицательного напряжения на выхог

65 де, а знак плюс — положительного напряжения) . Соответствующим образом подключаются и вентильные группы фаз В и С.

Так как в формировании напряжения каждой фазы участвуют поочередно все три канала модуляции длительности импульсов управления для вентилей, то любое изменение характеристик одного канала (дрейф, искажение закона модуляции) приведет к одинаковому изменению выходных напряжений всех трех фаз инвертора, т. е. не нарушит симметрии по полуволнам и фазам. В известной системе изменение характеристик одного канала, т. е. одной фазы модулирующего напряжения, приведет к искажению выходного напряжения этой фазы.

Для устранения ограниченности верхнего значения частоты выходного напряжения в каждой шестой части периода выходного напряжения, помимо широтно-модулированных по синусоидальному закону импульсов (условно ниже называемых «импульсами ШИМ»), вводится один широтно-регулируемый импульс одинаковой длительности для всех трех каналов, т. е. для всех фаз (условно называемый ниже «импульсом ШИР»). Соответствующие диаграммы приведены на фиг. 3.

Импульсы задающего генератора (фиг.

3, а), пересчитанные на восемь (фиг. 3, б циклоимпульсы), задают длительность шестой части периода выходного напряжения инвертора (коэффициент пересчета равен выбранному числу ступенек при аппроксимации кривой модулирующего напряжения). Из циклоимпульсов (фиг, 3, б) путем задержки (управляемой) на (1+К) Т„где T> — период тактовой частоты, а К выбирается между нулем и единицей, получаются последовательности основных циклоимпульсов (фиг. 3,8). Между основными циклоимпульсами формируются модулирующие напряжения каналов Х, Y, Z (фиг. 3, г). Циклоимпульсы синхронизируюти тактовое пилообразное напряжение, имеющее длительность Т, («пила ШИМ» — фиг. З,г), причем это напряжение вырабатывается до тех пор, пока момент окончания пилообразного напряжения не попадет во временный интервал 11 f3 между циклоимпульсом и основным циклоимпульсом. В момент окончания (4) пилы ШИМ в указанном интервале запускается пилообразное напряжение («пила ШИР» фиг. З,г), по которому определяется длительность «импульса ШИР». Наклон пилообразного напряжения задается таким образом, чтобы оно окончилось в момент времени 4, когда вновь запускается пила ШИМ. Затем пила ШИМ в трех каналах сравнивается с тремя модулирующими напряжениями Х, У, Z, в результате чего в этих каналах вырабатываются промодулированные по длительности последовательности импульсов управления (фиг. 3, д, е, ж) — «импульсы ШИМ». Пила.

ШИР сравнивается с постоянным напряжением, равным амплитуде модулирующего напряжения, и здесь вырабатывается «импульс

576651

5

ШИР» (фиг. З,д, е, лс). Импульсы управления на вентили фазы А получаются путем последовательного считывания их в течение интервала между основными циклоимпульсами с выходов каналов Х, Y, Z (фиг. 3, д). Кривые фазных напряжений инвертора изображены на фиг. 3, и, к, л (в течение половины периода).

При регулировании частоты выходного напряжения вниз растет число импульсов ШИМ, укладывающихся в интервале цикла и закон изменения их длительности определяет форму выходного напряжения, в данном случае близкую к синусоиде. В результате и форма тока в нагрузке, например асинхронном двигателе, близка к синусоиде, поэтому двигатель вращается равномерно и при низких скоростях.

При регулировании частоты выходного напряжения вверх число импульсов ШИМ в интервале цикла уменьшается, но зато растет

«доля» импульса ШИР в выходном напряжении. При длительности цикла, равной (1+К) Т, выходное напряжение состоит только из импульсов ШИР, так как пила ШИМ не вырабатывается. Частота выходного напряжения, при которой происходит переход от системы

ШИМ вЂ” ШИР к системе ШИР, равна

1 и при тактовой частоте 300 Гц, (+ О т что достаточно для сглаживания высокочастотных пульсаций в токе, равна 33,3 Гц при

К=0,5 и 40 Гц при К=0,25, что тоже приемлемо. Кривая фазного напряжения инвертора в этом случае (и на более высоких частотах) будет иметь вид, как на фиг. 4. В точке перехода циклоимпульс совпадает по времени с основным циклоимпульсом, что и является сигналом перехода. При дальнейшем увеличении частоты длительность цикла уменьшается и соответственно уменьшается длительность пилы ШИР, генерируемой теперь между циклоимпульсами. Верхнее значение частоты выходного напряжения может быть сде15

Зо лано достаточно большим, ограничиваясь только частотными свойствамп вентилей.

Таким образом предлагаемый способ управления позволяет расширить частотный диапазон изменения выходного напряжения за счет смены закона модуляции с синусоидального на низких частотах на прямоугольный на высших частотах. Кроме того, во всем частотном диапазоне повышена симметрия выходного напряжения за счет цикличного характера его формирования.

Формула изобретения

Способ управления инвертором напряжения, состоящий в том, что формируют три последовательности импульсов управления вентилямп инвертора, длительность которых модулирована lIQ синусоидальному закону, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения симметрии выходного напряжения и увеличения верхнего значения его частоты, указанные последовательности импульсов формируют с периодом, равным /g части периода выходного напряжения, в конце периода каждой последовательности вводят импульс одинаковой длительности, присутствующий на всех частотах, причем импульсы управления каждой фазы формируют путсм циклической перестановки указанных последовательностей импульсов с частотой, равной шестикратному значению частоты выходного напряження.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Хасаев О. И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. «Наука», 1966, сгр. 147.

2. Бедфорд Б., Хофт P. Теория автономных ипверторов. «Энергия», 1969, стр. 195.

3, Сандлер Л. С., Гусяцкий Ю. М. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией для управления асинхронными двигателями. «Энергия», 1968, стр. 18 — 20.

576651 т, Составитель В. Бунаков

Техред И. Михайлова

Корректор Л. Брахнина

Редактор Н. Коган

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2288/18 Изд № 826 Тираж 917 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5