СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ПАРАЗИТНОГО СИНФАЗНОГО ТОКА УТЕЧКИ В ТРЕХФАЗНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ Российский патент 2018 года по МПК H02H7/122 H02M7/527 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным преобразователем при создании электромеханических систем, в том числе, при создании систем генерирования переменного тока.

Известен способ подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе (описанный в статье Freddy Tan Kheng Suan, Hew Wooi Ping и др. " Three-Phase Transformerless Grid-Connected Photovoltaic Inverter to Reduce Leakage Currents" – Proceedings of the Conference on Clean Energy and Technology (CEAT), Lankgkawi, Novemer 18–20, 2013, PP. 277–280), при котором во время синтеза векторной широтно-импульсной модуляции для управления трехфазным двухуровневым автономным инвертором напряжения устанавливают круговую частоту задающего вектора, равную частоте питающей сети , а величину модуля задающего вектора формируют путем суммирования смежных образующих векторов, взятых пропорционально весовым коэффициентам, выбирают комбинации состояний ключей соответствующих данным образующим векторам, формируют импульсы управления согласно выбранным комбинациям состояний ключей, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов трехфазного двухуровневого автономного инвертора. За счет установленного в звене постоянного тока инвертора дополнительного ключа, позволяющего получать на выходе инвертора следующие уровни синфазного напряжения, значения которых равны:,,, где – напряжение звена постоянного тока. Наличие дополнительного ключа ведет к снижению переменной составляющей синфазного напряжения на величину и, как следствие, позволяет получить незначительное снижение синфазного тока утечки.

В указанном способе существенным недостатком является то, что формируемое синфазное напряжение не позволяет подавить синфазный ток утечки и требуется установка дополнительного ключа для реализации предложенного алгоритма.

Кроме того, известен способ подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе (описанный в статье Ozdemir S., Ozdemir E. и др. " Elimination of Harmonics in a Five-Level Diode-Clamped Multilevel Inverter Using Fundamental Modulation " – Proceedings of the 7th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS), Bangkok, Novemer 27–30, 2007, PP. 850–854), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что при синтезе векторной широтно-импульсной модуляции для управления трехфазным преобразователем, устанавливают круговую частоту задающего вектора, равную частоте питающей сети , а величину модуля задающего вектора формируют путем суммирования смежных образующих векторов, взятых пропорционально весовым коэффициентам, формируют импульсы управления согласно комбинациям состояний ключей, используемых смежных образующих векторов, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов трехфазного преобразователя.

В указанном способе существенным недостатком является то, что не устранено синфазное напряжение, а следовательно, не подавлен синфазный ток утечки.

Техническим результатом является создание способа подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе при реализации векторной широтно–импульсной модуляции, позволяющего полностью подавить синфазный ток.

Технический результат достигается тем, что при синтезе векторной широтно-импульсной модуляции для управления трехфазным преобразователем устанавливают круговую частоту задающего вектора, равную частоте питающей сети , а величину модуля задающего вектора формируют путем суммирования трех смежных образующих векторов, модули которых пропорциональны весовым коэффициентам, значения которых рассчитывают в зависимости от глубины модуляции и угла поворота задающего вектора , формируют импульсы управления согласно комбинациям состояний ключей, используемых смежных образующих векторов, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов трехфазного преобразователя, при этом при формировании величины модуля задающего вектора из всех существующих образующих векторов используют только те, которые позволяют на фазных выходах преобразователя создавать синфазное напряжение со значением, равным половине величины напряжения звена постоянного тока.

Предложенный способ позволяет формировать постоянное значение синфазного напряжения, следовательно, сделать значение синфазного переменного тока нулевым.

На фиг. 1 приведена структурная схема, реализующая предложенный способ подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе. На фиг.2 и 4 представлены векторные диаграммы, поясняющие способ подавления синфазного напряжения. На фиг.3 и 5 представлены эпюры фазных и синфазного напряжений, в таблице 1 приведены напряжения для всех комбинаций состояний ключей трехфазного преобразователя.

Схема (см. фиг.1) содержит трехфазную сеть синусоидальных напряжений 1, 2, 3. Первая фаза питающей сети подключена ко входу дросселя 4, вторая и третья фазы питающей сети подключены ко входам дросселей 5 и 6 соответственно. Общая точка соединения фаз сети синусоидальных напряжений 1, 2, 3 подключена через линию заземления к комплексному сопротивлению 7 контура протекания синфазного тока утечки. Выходы дросселей 4, 5, 6 соединены со входами 8, 9, 10 трехфазного преобразователя 11. Выводы фотоэлектрического модуля 12 соединены с конденсаторами звена постоянного тока трехфазного преобразователя 11. Фотоэлектрический модуль 12 содержит паразитную емкость 13, которая через линию заземления сети подключена к комплексному сопротивлению 7. В блоке управления 14 происходит расчет задающего вектора, выбор комбинации состояний ключей, а также формирование импульсов управления широтно-импульсной модуляции. Блок управления 14 подключен к управляющим входам транзисторов трехфазного преобразователя 11.

Способ подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе осуществляется следующим образом: солнечный фотоэлектрический модуль 12 генерирует постоянное напряжение , которое подается на звено постоянного тока, состоящее из четырех конденсаторов. Трехфазный преобразователь 11 формирует переменные напряжения, которое поступает на входы дросселей 4, 5, 6, под действием которых в трехфазную сеть 1, 2, 3 генерируется переменные токи. Блок управления 14 вырабатывает сигналы управления трехфазного преобразователя 11. В блоке управления 14 для работы векторной широтно-импульсной модуляции задается круговая частота, глубина модуляции , формируется задающий вектор , происходит выбор комбинации состояния ключей, определяется длительность коммутации комбинации состояний ключей, после чего происходит распределение импульсов по транзисторам, которые требуются для формирования трехфазным преобразователем 11 соответствующих переменных напряжений. Ввиду формирования на входах дросселей 4, 5, 6 синфазного напряжения по контуру, образованному линией заземления трехфазной сети 1, 2, 3 и паразитной емкостью 13, протекает синфазный ток утечки. При этом синфазный ток утечки определяется как

, (1)

где – синфазное напряжение, которое формируется на выходах 8, 9, 10 трехфазного преобразователя 11; – паразитная емкость 13; – комплексное сопротивление 7 контура протекания синфазного тока утечки.

Синфазное напряжение определяется известным соотношением:

, (2)

где , , – напряжение на выходах 8, 9, 10 трехфазного преобразователя 11 относительно напряжения узла (Фиг. 1).

Для подавления синфазного тока утечки необходимо, чтобы при синтезе векторной широтно-импульсной модуляции синфазное напряжение оставалось постоянным, т.е. . Это можно обеспечить, если во время работы преобразователя последовательность комбинаций состояния ключей будет такой, чтобы синфазное напряжение на выходах 8, 9, 10 (, , ) трехфазного преобразователя 11 формировалось с частотой, равной нулю, т.е. оставалось постоянным.

Для работы трехфазного преобразователя при векторной широтно-импульсной модуляции необходимо формировать задающий вектор (будет рассмотрен первый сектор векторной диаграммы фиг.2, в остальных секторах за счет симметричности, формирование задающего вектора производится аналогичным образом), который вращается с заданной круговой частотой и может пересекать в I секторе треугольники 1– 16 в зависимости от глубины модуляции (длины данного вектора Фиг. 2). В каждом треугольнике задающий вектор синтезируется при помощи трех смежных образующих векторов, например, в треугольнике 14 это вектора: ,, , которым соответствует набор комбинаций состояний ключей: (4;3;2), (3;2;1), (2;1;0), (4;2;2), (3;1;1), (2;0;0), (4;3;3), (3;2;2), (2;1;1), (1;0;0) (Таблица 1). В общем виде комбинации состояний ключей можно записать как (,,), где – это относительное значение потенциала одного из узлов ,,, или (Фиг. 1), которое коммутируется на выход 8 трехфазного преобразователя 11 (записывается только номер узла); – это относительное значение потенциала одного из узлов ,,, или , которое коммутируется на выход 9 трехфазного преобразователя 11; – это относительное значение потенциала одного из узлов ,,, или , которое коммутируется на выход 10 трехфазного преобразователя 11. Модули смежных образующих векторов пропорциональны весовым коэффициентам.

Уровни напряжений , , и , которые формируются при этом на выходах 8, 9, 10 трехфазного преобразователя 11, представлены на фиг. 3. Эти напряжения для всех комбинаций состояний ключей трехфазного преобразователя 11 приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, при использовании только комбинации состояний ключей, у которых значение (номера которых в таблице 1: № 2, 5, 14, 19, 33, 37, 43, 51, 57, 65, 70, 77, 83, 94, 97, 101, 115, 117, 120), при формировании задающего вектора, , синфазное напряжение (2) будет оставаться постоянным, т.е. (Фиг. 4 и 5). Что в соответствии с формулой 1 приведет к подавлению синфазного тока утечки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным преобразователем при создании электромеханических систем, в том числе, при создании систем генерирования переменного тока. Техническим результатом является создание способа подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе при реализации векторной широтно–импульсной модуляции, позволяющего полностью подавить синфазный ток. В способе подавления паразитного синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе при синтезе векторной широтно-импульсной модуляции для управления трехфазным преобразователем устанавливают круговую частоту задающего вектора, равную частоте питающей сети , а величину модуля задающего вектора формируют путем суммирования трех смежных образующих векторов, модули которых пропорциональны весовым коэффициентам, значения которых рассчитывают в зависимости от глубины модуляции и угла поворота задающего вектора , формируют импульсы управления согласно комбинациям состояний ключей, используемых смежных образующих векторов, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов трехфазного преобразователя, при этом при формировании величины модуля задающего вектора из всех существующих образующих векторов используют только те, которые позволяют на фазных выходах преобразователя создавать синфазное напряжение со значением, равным половине величины напряжения звена постоянного тока. 5 ил., 1 табл.

Способ подавления синфазного тока утечки в трехфазном преобразователе, состоящий в том, что при синтезе векторной широтно-импульсной модуляции для управления трехфазным преобразователем устанавливают круговую частоту задающего вектора, равную частоте питающей сети , а величину модуля задающего вектора формируют путем суммирования трех смежных образующих векторов, модули которых пропорциональны весовым коэффициентам, значения которых рассчитывают в зависимости от глубины модуляции и угла поворота задающего вектора , формируют импульсы управления согласно комбинациям состояний ключей, используемых смежных образующих векторов, сформированные импульсы управления подают на входы транзисторов трехфазного преобразователя, отличающийся тем, что при формировании величины модуля задающего вектора из всех существующих образующих векторов используют только те, которые позволяют на фазных выходах преобразователя создавать синфазное напряжение со значением, равным половине величины напряжения звена постоянного тока.