Способ управления трехфазным мостовым инвертором

 

(72) Авторы изобретения

В.А. Добрускин и А.Ю. P

Научно-исследовательский инсти (7!) Заявитель при Томском институте автомати и радиоэлек ромеханики вления (54) СПОСО6 УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ

ИНВЕРТОРОМ .. Иэооретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты для регулирования и улучшения гармонического состава выходного напряжения путем его широт5 но"импульсной модуляции (ШИМ).

Известны способы управления тиристорами трехфазных мостовых инверторов напряжения, состоящие в том, 10 что в течение одной шестой части пе- риода в другой фазе осуществляют поочередное управление вентилями путем двухполярной ШИМ управляющих сигналов, а в третьей фазе осуществляют комбинированное управление путем двухполярно-однополярной ШИМ управляющих сигналов 11.

Недостатком известных способов является зависимость формы выходного напряжения от параметров активноиндуктивной нагрузки, что приводит к ограничению диапазона регулирования выходного напряжения.

Наиболее близкйм по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является -способ уп равления трехфазным мостовым инвер. тором, состоящий в том, что в каж" дую шестую часть периода выходного напряжения первую фазу нагрузки под ключают к первому зажиму источника питания, переключают внутри указанной шестой части периода на каждом тактовом интервале фазу, опережающую на 120 эл.град. непрерывно подключаему фазу, от первого зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции, задерживают на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, подключение фазы, отстающей на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, причем в качестве непрерывно подключаемой фа- зы поочердно через шестую часть пе" риода используют каждую из фаз на.грузки 21.

917300 4

Недостатком известного способа является невысокая надежность, обусловленная значительным числом переключений силовых вентилей. . Цель изобретения - улучшение энергетических показателей за счет снижения числа переключений силовых вентилей.

Поставленная цель достигается тем, что подключают задерживаемую фазу ко io второму зажиму источника питания в конце второй половины указанной шестой части периода и подключают ее к первому зажиму источника питания в начале вестой части периода, отстающей на 60 эл.град. от указанной, причем интервал, в течение которого первую фазу нагрузки подключают к первому зажиму источника питания, формируют с опережением на 30 эл.град. щ по сравнению с интервалом, в течение которого непрерывно подключаемая фаза имеет экстремальное значение выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная 25 электрическая схема устройства управления трехфазным мостовым инвертором; на фиг. 2 - диаграммы импульсов управления вентилями; фазных и линейного напряжений.при глубине мо-. зв дуляций, равной 1; на фиг. 3 - схемы замещения инвертора для интервалов импульса и паузы выходного напряжения.

Устройство управления трехфазным мостовым инвертором (фиг. 1) содержит Ç5 клеммы Цля подключения вентилей 1 и

2 фазы А, вентилей 3 и 4 фазы В, вентилей 5 и 6 фазы С, мост. обратного .тока на диодах 7-12, анодный 13 и катодный 14 узлы гашения, клеммы для 40 подключения фазных нагрузок 15- 17, соединенных в звезду, клеммы для подключения источника 18 питания.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 19-24 - диаграммы импульсов 45 управления соответственно вентилями 1-6; 25-27 - диаграммы фазных напряжений соответственно фаз А, В и С;

28 - диаграмма линейного напряжения линии АВ; 29-38 - моменты времени íà 5î одной шестой части периода выходного напряженйя, соответствующие переключению хотя бы одного вентиля.

Схемы замещения соответствуют следующим моментам . 29-30ф 32 33у 35 36 55 (фиг. 3 а); 30-,31. 33-34, 36-37 (фиг. 3 б) 1 31-32, 34-35, 37-38 (фиг. 3 в).

При данном способе управления первую фазу подключают к первому зажиму источника питания (фиг. 2, последовательность 22, интервал 29-38). В течение этой шестой части периода выходного напряжения вторую фазу, опережающую на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу, переключают на . каждом тактовом интервале от первого зажима источника питания ко второму в соответствии с npHHRTblM законом модуляции (фиг. 2, последовательности 19 и 20). Переключение этой фазы осуществляют внутри указанной шестой части периода путем двухполярной ШИН управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале переключают без паузы вентили от первого зажима источника питания ко второму. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы ко второму зажиму источника питания на каждом тактовом интервале (фиг. 2, последовательность 19, интервалы времени 31 и 32, 34 и 35, 37 и 38). В течение этого же интервала времени (фиг. 2, интервал 29 и 38) третью фазу, отстающую на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, подключают с задержкой ко второму зажиму источника питания на каждом тактовом интервале в соответствии с принятым законом модуляции. Подключение задерживаемой фазы осуществляют путем однополярной ШИН управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале включают вентиль только одной группы (анодной в рассматриваемом случае) этой фазы.

Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы ко второму зажиму источника питания на каждом тактовом интервале. При этом в первой половине и в начале второй половины указанной шестой части периода отключают задерживаемую фазу от второго зажима источника питания в конце каждого тактового интервала (фиг. 2, последовательность 23, моменты времени 32 и 35). В конце второй половины указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу ко второму зажиму источника питания (фиг. 2, последовательность

23, момент времени 36), а переключают эту же фазу к первому зажиму источника питания в начале следующей шестой, части периода, отстающей на

5 9

60 эл.град. от указанной (фиг. 2, первый переход последовательности 23 в последовательность 24). Для непрерывно подключаемой фазы такое переключение соответствует первому . переходу последовательности 22 в последовательность 2I„ а для опережающей фазы - первому переходу последовательности 20 в последовательность

19 (фиг. 2, момент времени 31). Такой бескоммутационный переход управляющих сигналов вентилей каждой фазы из одного полупериода в другой приводит и снижению числа переключений силйбы а;-..вентилей и, следовательно, к упучууемию энергетических показателей инне@тора.

Число переключений силовых вен-. тилей всех фаз для одного периода выходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением и = 6 2(й - 1) где Й вЂ” число импульсов в полупериоде выходного линейного напряжейия, кратное трем.

При данном способе управления интервал, в течение которого одну фазу нагрузки непрерывно подключают к первому зажиму источника, опережает интервал, в течение которого непрерывно подключаемая фаза имеет экстремальное значение выходного напряжения на 30 эп.град.

Для реализации предлагаемого способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего фронта этих импульсов (фиг. 2, последовательность 19, моменты времени 31, 34 и 37; последовательность 23, моменты времени 30, 33 и 36). После рассмотрения импульсов управления вентилями всех фаз в течение периода повторя-. емости (фиг. 2, последовательности

l9-24 на интервале 29-38), легко продолжить полученные последовательности путем круговых перестановок на весь период (фиг. 2, последовательности 19-24).

Импульсы 19-24 управления (фиг.2) подают на вентили 1-6 инвертора (фиг. 1). Фазные.напряжения 25-27 (фиг. 2) получаются при использовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора по предлагаемому способу.

17300 6

Выходные линейные напряжения инверто" ра образуются путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений (фиг. 2, последовательности 28, 5 25 и 26).

Рассмотрим работу инвертора (фиг.1) на нагрузку с коэффициентом мощности

Сов 3„= 0,574 (3< = 55 эл.град.), пользуясь диаграммами импульсов 19-24 управления (фиг. 2) предлагаемого способа. Работа инвертора рассматрива ется на одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаз одновременно, полная картина фазных напряжений получается круговыми преста-. новками. Рассматриваемые моменты времени условно показаны стрелками на фиг. 2 и обозначены 29-38. Отсчет. времени ведется с отметки 29, соответст"

20 вующей началу полупериода линейного напряжения AB - последовательность 28.

Ilo задним фронтам импульсов управления (фиг. 2, последовательности 1924) вентилями анодной (катодной) группы срабатывают анодный 13 (катодный

14) узел гашения и выключают соответственно вентили анодной (катодной группы. На интервале 29-30 (фиг. 2) импульсы управления подают на венти50,пи 2 и 4 катодной группы инвертора (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 (фиг. За). В течение этого интервала токи направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены л от узла нагрузки через открытые венти40 пи 2 и 4 к отрицательному зажиму ис" точника питания; тбк фазы С направ- . лен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки (фиг. 3 ). За этот интервал времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами.

На интервале 30-31 (фиг. 2) импульсы управления подают на вентили

2, 4 и 5. В течение этого интервала токи направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены от узла нагрузки через открытые вентили 2 и 4 к отрицательному зажиму источника питания, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки {фиг. 3О). При этом в

9173 фазах A и В модуль фазноРо напряжения на нагрузке равен 1/3 Е (Е - напряжение источника питания инвертора), а в фазе С равен 2/3 Е (фиг. 2, . последовательности 25-27).

На интервале 31 и 32 импульсы управления падают на вентили 1, 4 и 5.

В течение этого интервала токи направлены следующим образом. ток фазы А направлен от узла нагрузки че- 1о рез обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания; ток фазы Вот узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы С - от положи- >s тельного зажима источника питания

Через открытый вентиль 5 к узлу на" грузки (Фиг. 36). При этом .в фазах А и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен +1/3 Е, а в фазе В ра- 20 вен - 2/3 E (фиг. 2, последовательности 25-27). На этом интервале происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами А и С. В момент времени 32 оканчивается первый так- д товый интервал последовательности 19.

На интервалах 32-33 и 35 36 импульсы управления подают на вентили

2 и 4 инвертора и в кривых фазных напряжений формируется нулевая пауза зв (Фиг. За). На интервалах 33-34 и

36-37 импульсы управления подают на вентили 2, 4 и 5 инвертора. Схема замещения для этих интервалов та же, что и для рассмотренного интервала

30- 31 (фиг. 3с). На интервалах 34 и 35 и 37 и 38 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5 инвертора. Схема замещения для этих интервалов та же, что и .для рассмотренного интервала 31 и 32 (фиг. 36). На .интервале 37 и 38 ток фазы А перехо-дит через нуль, при этом происходит переход тока с обратного вентиля 7 на открывшийся вентиль l. Это пере- 45 ключение не влияет на распределение фазных напряжений и оно остается прежним до конца рассматриваемого интервала (Фиг. 36). После перехода тока нет обмена реактивной энергии между фазами А и С;1Таким образом, на интервале 29-38, что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа трехфазного мостового инвертора на

55 активно-индуктивную нагрузку с 3q =

= 55 эл.град. по предлагаемому способу управления и построены кривые фазных напряжений.

00 8

Полная картина фазных напряжений получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (фиг ° 2, последовательности 25-27). Линейные напряжения получают из соответствующих фазных напряжений (фиг. 2, последовательность 28). Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представляют собой последовательность широтно-модулированных импульсов, попарносимметричных относительно друг друга, Форма выходных напряжений не зависит OT.лараметров активно-индуктивной нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента мощности от единицы до нуля. Относительная длительность импульсов линейного напряжения на каждом тактовом интервале при принятом законе модуляции равна .среднему значению синусоидальной кривой на этом же интервале и изменяется прямо npo"" порционально глубине модуляции.

Следовательно, предлагаемый способ управления позволяет сформировать на выходе инвертора как,с индивидуальной, так и с групповой коммутацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительность которых модулирована по синусоидальному закону.

Предлагаемый способ управления позволяет улучшить энергетические показатели трехфазного мостового инвертора путем снижения числа переключения силовых вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией. Описанные .выше преимущества позволяют расширить область применения трехфазных мостовых инверторов. формула изобретения

Способ управления трехфазным мостовым инвертором, состоящий в том, что в каждую шестую часть периода выходного напряжения первую фазу нагрузки подключают к первому зажиму источника питания, переключают внутри указанной шестой части периода на каждом тактовом интервале фазу, опережающую на 120 эл.град. непрерывно подключаемую Фазу, от первого зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции, задерживают на время, равное

9 917300 10 минимальной паузе в выходном линей- на 60 эл.град. от указанной, причем ном напряжении, подключение фазы, от- интервал, в течение которого первую стающей на 120 эл.град. от непрерыв- фазу нагрузки подключают к первому но подключаемой фазы, причем в ка- зажиму источника питания, формируют честве непрерывно подключаемой фазм g с опережением на 30 эл.град. по поочередно через шестую часть перно- . сравнению с интервалом, в течение кода используют кажду из фаз нагруз- торого непрерывно подключаемая фаза ки, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, имеет экстремальное значение выходчто, с целью улучшения энергетических ного напряжения. показателей за счет уменьшения чис- tO Источники информации, ла переключений силовых вентилей, принятые во внимание при экспертизе подключают задерживаемую фазу к вто- 1. Авторское свидетельство СССР рому зажиму источника питания в кон- - по заявке 2632494/24-07, це второй половины указанной шестой кл. Н 02 Р 13/18, 1979. части периода и подключают ее к пер- 15 2. Авторское свидетельство СССР вому зажиму источника питания в нача- по заявке У 2848336/24-07, ле шестой части периода, отстающей кл. Н 02 P 13/18, 29.01.80;

1?

TZ

Составитель В. Костюхин

Редактор В. Пилипенко Техред 3. фанта Корректор,И. !лароши

«««««««« °

Заказ 1900/74 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

«

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,