Способ управления трехфазным мостовым инвертором

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<,>748793 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1506.78 (21) 2632494/24-07 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹

Н 02 Р 13/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,0780, Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 150780 (53) УДК 621 ° 314.. 57 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.А.Добрускин, A.|0.Ðîæäåñòâåíñêèé и М.A.Æèòêîâ

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ

HHBEPTOP0N

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразс вателях частоты с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения з для питания двигателей переменного тока.

Известен способ управления тиристорами автономного трехфазного мостового инвертора с групповой коммутацией путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения с одновременным выключением по окончании импульса управления тиристоров двух фаэ одной группы. P) . 15

НаиболеЕ близким к изобретению по технической сушности является способ управления трехфазным пресбразователем частоты, основанный на Формировании синусоидальных выходных 20 напряжений в инверторе с индивидуальной коммутацией. При данном способе управления в течение каждой шестой части периода выходного напряжения одну фазу, имеюшую экстремальное (по-25 ложительное или отрицательное) значение, непрерывно подключают к соответствуюшему (положительному или отрицательному) зажиму источника питания, а две другие фазы в течение 30

2 указанной одной шестой части периода переключают в соответствии с приня" тым законом модуляции от одного зажима источника к другому, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы . поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаэ нагрузки.

При данном способе управления также используют нулевой режим работы вентилей в течение одной шестой части периода поочередно для каждой Ъаэы.

В течение указанной одной шестой части периода в двух других фазах осутдествляют поочередное управление вентилями на каждом тактовом интервале (2) .

Недостатками известного способа являются значительное число переключения силовых вентилей, что ухудшает энергетические показатели преобразователя, а также воэможность реализации данного способа только в инверторах с индивидуальной коммутацией.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и улучшение энергетических показателей за счет снижения числа переключений силовых вентилей трехфазного мостового инвертора.

74 879 3

Поставленная цель достигается тем что н способе управления трехфазным мостовым инзертором, заключающемся в том,что непрерывно подключают в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую экстремальное значение, к соответствующему зажиму источника питания, а также переключают в течение указанной шестой части периода фазу, опережающую непрерывно подключаемую фазу на 120 эл.град., от одного зажима источника питания к другому и фазу, отстающую от непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град., в конце указанной шестой части периода к соответствующему зажиму источника питания„ причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, задерживают подключение фазы, отстающей от непрерывно подключаемой фаз на 120 эл.град., в течение указанной шестой части периода на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания.

На фиг. 1 представлен вариант схемы ийвертора, реализующий данный . способ управления, на фиг. 2 — диаграммы импульсов управления вентиля ми, фазных и линейных напряжений при глубине модуляции, равной единице, на фиг. 3 — аналогичные диаграм- мы..при глубине модуляции, равной 0j5., на фиг. 4 — схемы замещения ийвертора на интервалах импульса и паузы.

Схема автономного трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией (см.фиг.1) содержит вентили 1 и 2 фазы А, вентили 3 и 4 фазы В, вентили 5 и б фазы С, мост обратного тока на диодах 7-12, а также анодный 13 и катодный 14 узлы гашения (условно показаны в виде ключей). К выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка

15-17 соответственно фаз А, В и С, соединенная в звезду. Схема включает также источник 18 питания инвертора.

На фиг. 2 приведены диаграммы

19-24 импульсов управления соответственно вентилями 1-б инвертора (см. фиг.1), диаграммы 25-27 фазовых напряжений доответственно фаз А, В и С, диаграммы 28-30 линейных напряжений соответственно линий АВ,BC и

CA. Моменты 31-33 времени соответствуют 0 эл.град., 90 эл. град., и

180 эл.град. выходного линейного напряжения AB (см.фиг.2, диаграмма

28), моменты 34-39 времени на одной шестой части выходного напряжения соответствуют переключению хотя бы одного вентиля.

При данном способе управления на интервале от 0 до 90 эл.град каж50 ют при использовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора по предложенному способу. Выходные линейные напряжения 28-30(см.фиг.2} инвертора образуются путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений.

Рассмотрим работу инвертора (см. фиг.1) на нагрузку с коэффициентом мощности соь Р„=- 0,707 (Рн = 45 эл.грат пользуясь диаграммами 19-24 импуль,сов управления (см.фиг.2). Отсчет времени ведется с нулевой отметки времени (фиг.2). Работу инвертора рассмотрим на одной шестой части педой фазы вентили этой фазы переключают поочередно, на интервале от

90 до 180 эл.град. переключают только один вентиль фазы, причем на интервале от 90 до 150 эл.град. используют режим работы этого вентиля в качестве нулевого, а на первом такте интервала (or 0 до 30 эл.град.) полупериода каждой фазы длительностью в одну шестую часть полупериода осуществляют поочередное переключение вентилей в течение времени, равного по длительности переключению только одного укаэанного вентиля на последнем тактовом интервале (от

150 до 180 эл.град.) полупериода этой фазы. Для реализации способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего фронта этих

20 импульсов.

Число переключателей силовых вентилей для одного периода выходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением п=б(2N+?), 25 где N — число импульсов в полупериоде выходного линейного напря>кения.

Интервал от 0 до 90 эл.град. для каждой фазы состоит из трех тактовых интервалов длительностью 30 эл.град. каждый. На каждом указанном тактовом интервале длительность импульсов управления равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же тактовом интервале (см.фиг.2, диаграмма импульсов 19). В начапе первого и последнего (шестого) тактовых интервалов формируется в соответствии с законом модуляции пауза, равная по длительности минимальной паузе в выходном линейном напряжении.

Последовательности импульсов 2124 управления (см.фиг.2) соответственно для фаз В и С сдвинуты от последовательности импульсов 19 и

20 соответственно на +120 эл.град.

Импульсы 19-24 управления (см. фиг.2) подают на вентили 1-6 соответственно инвертора (см.фиг.1). Фазисе напряжение 25-27 (см.фиг.2) получа748793 триода выходного напряжения для всех фаз одновременно, поскольку полная картина фазных напряжений может быть получена при помощи круговых перестановок (рассматриваемые моменты

34-39 времени условно показаны стрелками на фиг.2).

По задним фронтам импульсов управления (см.фиг.2) вентилями анодной (катодной) группы срабатывает анодный 13 (катодный 14) (см.фиг.1) узел гашения и выключают соответственно вентили анодной (катодной ) группы.

B моменты 31 и 34 (см.фиг.2) импульсы управления подают на вентили 3 и 5 анодной группы инвертора (cM.Ôèã.1) .

Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых всех трех фазных напряжений, так как все фазы нагрузки при этом подключены к одному (положительному) зажиму источника питания (см.фиг.4а).

В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом: ток фазы A направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания; токи фаз В и С направлены через открытые вентили 3 и 5 от положительного зажима источника питания к узлу нагрузки. В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами.

В моменты 31 и 34 (cM.ôèã.2) импульсы управления подают на вентили

2, 4 и 5. В течение этого интервала токи Фаз направлены следующим образом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрицательному зажиму источника питания, ток В направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 10 (вентиль 4 закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки) к узлу нагрузки, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.4б). При этом в двух фазах

А и В модуль фазного напряжения на нагрузке равен -1/3 E (E †. напряжение источника питания инвертора), а в фазе С равен +2/3 E.(см.фиг.2, диаграммы 25-27). После перехода тока фазы В через нуль он направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания. Это переключение не влияет на распределение фазных напряжений и оно остается прежним до конца рассматриваемого интервала (см. фиг.2, диаграммы 25-27). На этом интервале происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами A и В.

В моменты 35 и 36 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5. В течение этого интервала токи фаз на-. правлены следующим образом: ток фазы1

A направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 (вентиль 1 не откры-, вается йоскольку направление тока в фазе А остается неизменным) к положительному зажиму источника пита5 ния ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника. питания, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.4в). При этОм в двух фазах A и С модуль Фазного напряжения на нагрузке равен +1/3 E„ а в фазе В равен -2/3 E (см.фиг.2, диаграммы 25-27) . На этом интервале происходит обмен реактивной энергии между. фазами А и С.

В моменты 36 и 37 импульсы управления подают на вентили 2 и 4. В течение этого интервала токи фаз

?0 направлены следующим образом: токи фаз A и В направлены через открытые вентили 2 и 4 соответственно от узла нагрузки к отрицательному зажиму источника питания: токи фазы

25 С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки (cM. фиг.4г). Такое включение вентилей приводит на этом интервале к форми"

30 рованию нулевой паузы в кривых всех трех фаэных напряжений,так как все фазы нагрузки при этом подключают к одному отрицательному зажиму источника питания.В течение этого интерваЗ5 ла проИсходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами.

В моменты 37 и 38 импульсы управления подают на вентили 2, 4 и 5. В течение этого интервала токи Фаэ направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены через открытые вентили 2 и 4 соответственно от узла нагрузки к отрицательному зажиму источника питания, ток фазы С направлен через открытый вентиль 5 от положительного зажима источника питания к узлу нагрузки (см.фиг.4д). При этом в двух фазах А и В модуль фазного напряжения на нагрузке равен

-1/3 Е, а в фазе С равен +2/3 Е

50 (см.фиг.2, диаграммы 25-27) .

В моменты 38 и 39 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5.

В течение этого интервала токи фаэ направлены следующим образом: ток фазы A направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 (вентиль 1 не открывается, так как направление тока в фазе А не меняется) к положительному зажиму источника питания.

60 ток фазы В направлен от узла нагрурз ки через открытый вентиль 4 и к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через от65 крытый вентиль 5 к узлу нагрузки

748793 (см.фиг.4e). При этом в двух Фазах

A и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен +1/3 Е, а Фазы В равен -2/3 E (см.фиг.2, диаграммы

25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между Фазами А и С.

Таким образом, в моменты 31, 3439, что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа интервала на активно-индуктивную нагрузку по данному способу управления и построены кривые всех фаэных напряжений. Полная картина фазных напряжений на периоде получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (см.фиг.2, диаграммы 25-27). Линейные напряжения (см.фиг.2, диаграммы 28-30) получают из соответствующих фазных напряжений. Полученные выходные линейные 20 напряжения автономного трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией представляют соббй "последовательность широтномодулированных импульсов, попарно 25 симметричных относительно друг друга (см.фиг.2, диаграммы 28-30).

Форма выходных линейных напряжений не зависит от характера нагрузки в диапазоне изменения ее коэффи- 30 циента мощности от единицы до нуля.

Относительная длительность импульсов выходного линейного йапряжения на каждом тактовом интервале длительностью одну шестую часть полупериода равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же таКтбвом интервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции (см.фиг.2 и фиг.3, диаграммы 28-30) .

Следовательно, данный способ

40 управления позволяет сформировать на выходе инвертора с групповой комму- . тацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительность которых модулирована по синусоидаль- 4> ному закону, и улучшить энергетические показатели трехфазного мостового инвертора за счет снижения числа переключений силовых вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией.

Эти преимущества позволяют расширить область применения трехфазных мостовых инверторов.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что подключают непрерывно в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую экстремальное значение, к соответствующему зажиму источника питания, а также переключают в течение указанной шестой части периода фазу, опережающую непрерывно подключаемую фазу на.120 эл:.град., от одного зажима источника питания к другому и фазу, отстающую от непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град., в конце указанной шестой части периода к соответствующему зажиму источника питания, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и улучшения энергетических показателей путем снижения числа переключений силовый вентилей,задерживают подключение фазы, отстающей от непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град., в течение указанной шестой части периода на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9515245, кл. Н 02 Р 13/18, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9471646 кл. Н 02 Р 13/24, 1975.

748793

Составитель B.Ìèðoíîâ

Техред М.Кузьма Корректор М.Демчик

Редактор С.Лыжова

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4382/20 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5