Способ управления трехфазным мостовым инвертором

 

- Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ

<«864492 (6«) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 10.1279 {2«) 2848336/24-07 с присоединением заявки М (23) ПриоритетОпубликовано 1509.81, Бюллетень М 34

Дата опубликования описания 150981 (51)М. Кл.з

Н 02 P 13/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретениЯ и открытий (53) УДК.621. 316.

° 727 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.A. Добру скин и A. K«. Рождест вен с к

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

ИНВЕРТОРОМ

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты для регулирования и улучшения гар- g монического состава выходного напрязкения путем его широтно-импульсной .модуляции.

Известен способ управления трехфазным преобразователем частоты, основанный на формировании синусоидальных выходных напряжений в инверторе с индивидуальной коммутацией.

При данном способе управления также используют нулевой режим работы вентилей в течение 1/6 части периода поочередно для каждой фазы. В течение указанной 1/б части периода в двух других фазах осуществляют .поочередное управление .вентилями каждой фазы на каждом тактовом интервале в соответствии с синусоидальным законом модуляции $1), Недостатками данного способа является значительное число переключений силовых вентилей и невозможность реализации его s инверторах с группс«вой коммутацией.

Наиболее близким к предложенному является способ управления трехфаз- 30 ным мостовым инвертором, состоящий в том, что подключают непрерывно в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую. экстремапьное значение, к соответствующему зажиму источника питания, и в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаэ нагрузки, переключают в течение указанной шестой части периода другую фазу от одного зажима источника питания к другому на каждом тактовом интервале, задерживают подключение третьей фазы в течение указанной шестой части периода к одному зажиму источника питания и переключают эту фазу во второй ттоловине укаэанной шестой части периода от одного зажи" ма источника питания к другому на каждом тактовом интервале. Переключение двух указанных фаэ осуществляют в соответствии с принятым законом модуляции (2).

Недостатком данного способа является значительное число переключений силовых вентилей, что ухудшает энергетические показатели инвертора °

864492

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей путем снижения числа переключений силовых вен- тилей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления трехфазным мостовым инвертором, во второй половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к эаб жиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания на время, определенное принятым законом модуляции.

При синусоидальном законе модуляции время подключения равно длительности подключения фазы, опережающей на 120 зл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине укаэанной шестой части периода.

При несинусоидальном законе моду- 20 ляции время подключения меньше длительности подключений фазы, опережающей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажимУ ис- 25 точника питания, в первол половине указанной шестой части периода, На фиг. 1 представлен вариант схемы, реализующей способ управления, на фиг. 2 — диаграммы импульсов 30 управления вентилями, фазных и линейного напряжений при глубине модуляции, равной 1; на фиг. 3 — схемы замещения инвертора для интервалов импульса и паузы выходного напряжения.

Схема трехфазного мостового ин вертора (см. Фиг. 1) содержит вентили 1, 2 фазы A вентили 3, 4 фазы В, вентили 5, 6 фазы С; мост обратного тока на диодах 7-12, а также анодный

13 и катодный 14 узлы гашения (пока- 40 заны в виде ключей). К выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка 15-17, соответственно фаз A В и С, соединенная в звезду. Имеется источник 18 питания 45 инвертора. На фиг. 2 приведены диаграммы 19-24 импульсов управления, соответственно вентилями 1-6 инвертора (см. Фиг. 1); диаграммы 25-27 фаэных напряжений, соответственно Фаз 5()

А, В и С, диаграмма 28 линейного напряжения линии АВ, моменты времени

29-36 на одной шестой части периода выходного напряжения, соответствующие переключению хотя бы одного вентиля.

На фиг. 3 приведены схемы замещения инвертора для интервалов времени

29 30к 30 31г 31 32i 32 ЗЗе 33 34r

34-35, соответственно фиг. За, Зб, Зв, Зг, Зд, Зе. Период повторяемости для трехфазного мостового инвертора 60 составляет 60 эл. град., или шестую часть периода выходного напряжения.

При данном способе управления одну фазу, имеющую экстремальное значение, непрерывно подключарт к сост- 65 ве;ствующему зажиму источника питания (см. Фчг. 2, диаграмма 22, интервал

29-35). В течение этого же времени другую фазу, опережающую на 120 эл, град. непрерывно подключаемую фазу„ переключают на каждом тактовом интервале от одного зажима источника питания к другому в соответствии с приня- -, тым законом модуляции (см.фиг. 2, последовательность 19,20). Переключение этой фазы осуществляют путем двухполярной ШИМ управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале производят попеременное включение вентилей обеих групп (анодной и катодной) одной фазы. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы к зажиму, противо-. положному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале (см. Фиг. 2, диаграмма 19, интервалы времени 31-32, 33-35). В течение этого же интервала времени (см. Фиг. 2, интервал 29-35) третью фазу, отстающую на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, подключают с задержкой к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале в соответствии с принятым законом модуляции. Подключение этой фазы осуществляют путем однополярной

ШИМ управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале производят включение вентиля одной группы (анодной в рассматриваемом случае) этой фазы. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой Фазы к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале (см. фиг. 2, диаграмма 23, интервалы времени 30-32, 33 — 34). Для реализации способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего

Фронта этих импульсов (см. Фиг. 2, диаграмма 19).

Число переключений силовых вентилей для одного периода выходного Напряжения определяется в предлагаемом способе выражением

n = 6 ° 2N, где и — число импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения.

Импульсы управления, представленные на диаграммах 19-24 (см. Фиг. 2) подают на вентили соответственно 1-6 инвертора (см. Фиг. 1). Фазные напряжения, представленные на диаграммах

15-27 (фиг. 2), получаются при использовании графоаналитического метода при последовательном, рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора. Выходные линейные напря864 492 жения инвертора образуются путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений (см. фиг. 2, диаграммы 28, 25, 26). Пусть инвертор работает (см. фиг. 1) на нагрузку с

Сы (Я„= 75 эл. град. ), Работа инвертора рассматривается на одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаэ одновременно, полная, ! картина фаэных напряжений получается круговыми перестановками (рассматриваемые моменты времени показаны стрел- ками на фиг. 2). Отсчет времени ведется с начала интервала 29-30. По задним фронтам импульсов управления. (см. фиг. 2, диаграммы 19-24) вентилями анодной (катодной) группы срабатывают анодный 13 (катодный 14) (см. фиг. 1) узлы гашения и выключают, соответственно, вентили анодной (катодной) группы. Йа интервале 29- 20

30 .(см. фиг. 2) импульсы управления подают на вентили 2, 4 катодной группы инвертора (см. фиг. 1). Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (см. фиг. 3a), В течение этого интервала токи направлены следующим образом: ток фазы A направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрицательному зажиму источника питания, токи фаз В и С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратные диоды 10 и 12 к узлу нагрузки (см. фиг. За). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергией нагрузки между всеми фазами. На интервале

30-31 (см. фиг. 2) импульсы управ- 40 ления подают на вентили 2, 4 и 5.

В течение этого. интервала токи фаз направлены следующим образом: ток фазы A направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрица- 45 тельному зажиму источника питания, ток фазы 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 18 через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.Зб) При этом в двух фазах A и В модуль фазного напряжения на нагрузке равен1/ЗЕ (E — напряжение источника питания инвертора), а в фазе С равен

+2/ÇE (см. фиг. 2, диаграммы 25-27), На этом интервале происходит обмен реактивной энергии нагрузки между 60 фазами A и В. На интервале 3132 импульсы управления подают на вентили 1, 4, 5. В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом: ток фазы A направлен от 65 узла нагрузки через сбратный диод 7 (вентиль 1 не открывается, поскольку направление тока в этой фазе остается неизменны!"), к положительному зажиму источника питания, ток В направлен от отрицательного зажима источйика питания через обратный диод 10 к узлу нагрузки, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см . фиг. Зв), При этом в двух фазах A и С модуль фазного напряжение на нагруз ке равен

+1/ÇE, а в фазе В равен -2/ЗЕ (см. фиг. 2, диаграммы 25-27 ). На этом интервале происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами А и С и рекуперация реактивной энергии нагрузки фазы В в источник питания.

После перехода тока фазы В через нуль он направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания.

Это переключение (с обратного диода

10 на вентиль,4) не влияет на распределение фазных напряжений и оно остается прежним до конца рассматриваемого интервала (см. фиг. 2, диаграммы 25-27). После перехода тока нет рекуперации реактивной энергии нагрузки ь источник питания. На интервале 32-33 импульсы управления подают на вентили 2 и 4. В течение этого интервала тока фаз направлены следующим образом: токи фаз A и В направлены от узла нагрузки через открытые вентили 2 и 4 к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки (см.. фиг. Зг). Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки.подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (см. фиг.2, диаграммы

25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами. На интервале 33-34 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5. В течение этого интервала токи фаз направлены следующим обраэомг ток фазы A направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 (вентиль 2 закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки) к положительному зажиму источника питания; ток фазы В направлен от узла нагрузки через вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.Зд)

При этом в двух фазах A и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен +1/ÇE,.а фазы В равен -2/ÇE (см. фиг. 2, диаграмьы 25-27).В течение этого интервала происходит обмен

864492 реактивноф энергии нагрузки между фазами A и С. На интервале 34-35 импульсы управления подают на вентили

1, 4. В течение этого интервала токи фаэ направлены следующим образом: ,ток фазы A направлен от узла нагруз-. ки через обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания, ток фазы В направлен от узла нагрузки через вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 (направление тока не меняется относительно предыдущего интервала) к узлу нагрузки (см. фиг.3е), При этом s двух фазах В и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен

-1/3E, а фазы A равен +2/ЗЕ (см. фиг. 2, диаграммы 25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между 20 фазами В и С и рекуперация реактивной энергии нагрузки фазы A в источник питания. Таким образом, на интервале 29-35, что соответствует одной шестОй части периода выходного напря- д5 кения, рассмотрена работа трехфазного мостового инвертора-на активноиндуктивную нагрузку с $ =75 эл. град. по предлагаемому способу управления и построены кривые фазных напряже- 30 ний. 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) получают из соответствующих фазных напряжений. Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представ- .ляют "îáîé последовательность широт- 40 но-модулированных импульсов, попарно-симметричных относительно друг друга. Форма выходных напряжений не зависит от характера нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента 4$ мощности от единицы до нуля. Относительная длительность импульсов линейного напряжения на каждом тактовом интервале равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же ин- щ тервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции.-Следовательно, предлагаемый способ управления позволяет сформировать на выходе инвертора с групповой коммутацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительность .которых модулирована по синусоидальному закону.

Применение изобретения позволяет улучшить энергетические. показатели 60 трехфазного мостового инвертора пу.тем снижения числа переключений си,ловых. вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной ком.мутацией, так и в инверторах с груп- 65 позой коммутацией. Это позволяет расширить область применения трехфаз ных мостовых инверторов.

Формула изобретения

1. Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу нагрузки, имеющую экстремальное значение, непрерывно подключают к соответствующему зажиму источника питания, переключают на каждом тактовом интервале фазу, опережающую на

120 зл.град. непрерывно подключаемую фазу, от одного зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции, задерживают на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, подключение фазы, остающей:на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, на каждом тактовом интервале и в первой половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, и

Ф отключают в конце каждого тактового интервала от указанного зажима источника питания, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаэ нагрузки, о т л и ч ающи и ся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, во второй половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания на время, определенное принятым законом модуляции.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что при синусоидальном законе модуляции время подключения равно длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине укаэанной шестой части периода.

З.Способ по п.1, о т л и ч а.юшийся тем, что при несинусоидальном законе модуляции время подключения меньше длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град.непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине указанной шестой части периода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 471646, кл. Н 02 P 13/24, 1975 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2632494/07, кл. Н 02 P 13/18, 09.01.79.

864492

17 а) f7

17 е) Фиг.З

Составитель Ю. Бояринов

Техред Т,Маточка Корректор У. Пономаренко

Редактор .П. Коссей

Заказ 7825/82,Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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