СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУНАПРАВЛЕННЫМИ КЛЮЧАМИ В ТРЕХФАЗНОМ ТРЕХУРОВНЕВОМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ Российский патент 2014 года по МПК H02M1/84 

Описание патента на изобретение RU2523042C2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем, например при создании электроприводов переменного тока.

Известен способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения (авторское свидетельство СССР №1460761, бюл. №7 23.02.1989), состоящий в том, что формируют эталонное напряжение, превышающее падение напряжения на включенном тиристоре, выделяют положительные значения каждого измеренного напряжения между анодом и катодом тиристора, формирование эталонного сигнала проводят путем суммирования всех выделенных положительных значений, сравнивают измеренные напряжения с эталонным напряжением, а сформированный импульс управления подают на управляющий электрод тиристора, напряжение на котором больше, чем эталонное напряжение.

Существенным недостатком данного способа является формирование входного тока выпрямителя несинусоидальной формы, что значительно снижает входной коэффициент мощности трехфазного трехуровневого выпрямителя.

Кроме того, известен способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя (Mehl, Е. L.M., and Barbi, I. "Designe Oriented Analysis of a High Power Factor and Low Cost Three-Phase Rectifier", Proceeding of the 27th IEEE Power Electronics Specialists Conference, Baveno, Italy, June 23-27, Vol.1, PP. 165-171, 1996.), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью π 6 . Передние фронты импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети в моменты перехода напряжений через ноль, сформированные импульсы подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя (далее выпрямителя).

Существенным недостатком данного способа является жесткая привязка передних фронтов импульсов напряжения к моментам перехода фазных напряжений через ноль и, как следствие, невозможность формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока.

Задачей изобретения является создание способа управления, позволяющего формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью, равной π 6 , середины импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла 6 согласно выражению

где: ω - угловая частота фазного напряжения питающей сети;

L - фазная индуктивность выпрямителя;

I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя;

U1 - действующее значение первой гармоники фазного напряжения питающей сети.

Сформированные прямоугольные импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ относительно их середин, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей.

На фиг.1 приведена структурная схема системы управления, реализующая предлагаемый способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе емкостным делителем напряжения; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие способ управления; на фиг.3 - векторная диаграмма токов и напряжений, действующих во входной фазе выпрямителя.

Устройство (фиг.1) содержит трехфазную питающую сеть синусоидальных напряжений 1, 2, 3. Первая фаза питающей сети подключена к входу фазного дросселя 4, вторая и третья фазы питающей сети подключены к входам фазных дросселей 5 и 6 соответственно. Выходы фазных дросселей 4, 5, 6 соединены с входами 7, 8 и 9 трехфазного трехуровневого выпрямителя (ТТВ) 10, образующими входные фазы выпрямителя. В одной из входных фаз выпрямителя включен датчик тока 11. Одновременно фазы питающей сети соединены с входами генератора импульсов 12. Выход датчика тока 11 соединен с входом блока вычисления 5-13, выход блока 13 соединен с первым входом блока сдвига 14, второй, третий и четвертый входы которого соединены с генератором импульсов 12. Выходы блока 14 подключены к управляющим входам двунаправленных ключей 15, 16, 17. Каждый двунаправленный ключ одним выводом подключен к входной фазе выпрямителя, а другим выводом - к общей точке 18 выходных конденсаторов 19, 20, включенных последовательно. Параллельно выходным конденсаторам включена нагрузка (Н) 21, которая также подключена к выходу выпрямителя.

Способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя осуществляется следующим образом. В генераторе импульсов 12 формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью π 6 , середины которых синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль. Полученные импульсы с блока 12 поступают на второй, третий и четвертый входы блока сдвига импульсов 14. С помощью датчика тока 11 измеряют величину действующего значения первой гармоники тока входной фазы выпрямителя, полученное значение передают в блок вычисления угла δ 13. Вычисляют значение угла 5 и полученное значение передают в блок сдвига 14. В блоке сдвига 14 импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ (фиг.2, а, б). Импульсы, сдвинутые по фазе в сторону отставания на угол δ по отношению к фазному напряжению 1 питающей сети, подают на управляющий вход двунаправленного ключа 15. Импульсы, сдвинутые по фазе в сторону отставания на угол δ по отношению к фазным напряжениям 2, 3 питающей сети, подают на управляющие входы двунаправленных ключей 16 и 17 соответственно. Двунаправленные ключи переключают согласно импульсам и формируют на входах 7, 8 и 9 относительно общей точки 18 напряжения: u7-18, u8-18, u9-18 (фиг.2, в, г, д). Соответственно, между нулем питающей сети и общей точкой 18 формируют напряжение (фиг.2, е) согласно выражению:

На входах 7, 8 и 9 относительно нуля питающей сети формируют напряжения u70, u80, u90 согласно выражениям:

u70=u7-18-u0-18;

u80=u8-18-u0-18;

u90=u9-18-u0-18;

первые гармоники которых получают сдвинутыми по фазе в сторону отставания относительно фазных напряжений питающей сети на угол δ (на фиг.2, ж показано только напряжение u70).

Таким образом, сдвиг напряжений u70, u80, u90 относительно фазных напряжений питающей сети на угол δ является условием, обеспечивающим формирование единичного коэффициента сдвига первой гармоники фазного тока выпрямителя.

Покажем это, проанализировав векторную диаграмму фиг.3. Из векторной диаграммы видно, что для формирования единичного коэффициента сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока необходимо изменять угол δ согласно следующему выражению

Таким образом, предложенный способ позволяет формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока в отличие от прототипа, где угол между фазными напряжениями питающей сети и первой гармоникой напряжений u70, u80, u90 постоянный и не изменяется от величины тока входной фазы выпрямителя.

Похожие патенты RU2523042C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУНАПРАВЛЕННЫМИ КЛЮЧАМИ В ТРЕХФАЗНОМ ТРЕХУРОВНЕВОМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ С ЕМКОСТНЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ 2011
  • Брованов Сергей Викторович
RU2473164C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУНАПРАВЛЕННЫМИ КЛЮЧАМИ В ТРЕХФАЗНОМ ТРЕХУРОВНЕВОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ 2005
  • Брованов Сергей Викторович
  • Харитонов Сергей Александрович
RU2295823C1
НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 1998
  • Зиновьев Г.С.
  • Попов В.И.
RU2137283C1
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАТИМЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ЭНЕРГИЮ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2002
  • Шрейнер Р.Т.
  • Ефимов А.А.
  • Калыгин А.И.
  • Корюков К.Н.
  • Мухаматшин И.А.
RU2265947C2
Устройство управления высоковольтным преобразователем частоты 2018
  • Храмшин Тимур Рифхатович
  • Храмшин Рифхат Рамазанович
  • Корнилов Геннадий Петрович
RU2682164C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 1994
  • Климаш В.С.
RU2071632C1
ПОВЫШАЮЩЕ-ПОНИЖАЮЩИЙ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 2009
  • Зиновьев Геннадий Степанович
  • Зотов Леонид Григорьевич
RU2408968C1
УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2013
  • Посконный Геннадий Ильич
  • Горбунов Роман Леонидович
RU2530532C1
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМИ ТРЕХУРОВНЕВЫМИ АКТИВНЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ 2020
  • Храмшин Тимур Рифхатович
  • Храмшин Рифхат Рамазанович
  • Корнилов Геннадий Петрович
RU2734554C1
Способ управления активным двунаправленным преобразователем частоты 2015
  • Радионов Андрей Александрович
  • Маклаков Александр Сергеевич
  • Маклакова Екатерина Андреевна
RU2628666C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 523 042 C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУНАПРАВЛЕННЫМИ КЛЮЧАМИ В ТРЕХФАЗНОМ ТРЕХУРОВНЕВОМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем. Способ заключается в том, что формируют прямоугольные импульсы напряжения, причем середины сформированных прямоугольных импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла δ согласно выражению

где: ω - круговая частота фазного напряжения питающей сети; L - фазная индуктивность выпрямителя; I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя; U1 - действующее значение первой гармоники фазного напряжения питающей сети, сформированные прямоугольные импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя. Технический результат - предложенный способ позволяет формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 523 042 C2

Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения, заключающийся в том, что формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью , которые подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого выпрямителя, отличающийся тем, что середины указанных прямоугольных импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла δ согласно выражению
,
где: ω - круговая частота фазного напряжения питающей сети;
L - фазная индуктивность выпрямителя;
I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя;
U1 - действующее значение первой гармоники фазного напряжения питающей сети,
сформированные прямоугольные импульсы напряжения сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2523042C2

Способ управления выпрямителем с емкостным фильтром 1987
  • Иванцов Владимир Витальевич
  • Лажинцев Сергей Геннадьевич
  • Брованов Сергей Викторович
SU1460761A1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ ПРИ ПОМОЩИ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ 2002
  • Греков Э.Л.
  • Микитченко А.Я.
RU2239276C2
ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР 1996
  • Сидягин А.А.
  • Чехов О.С.
  • Муров В.А.
RU2127630C1

RU 2 523 042 C2

Авторы

Брованов Сергей Викторович

Даты

2014-07-20Публикация

2012-10-19Подача