Способ управления многофазным инвертором тока Советский патент 1985 года по МПК H02M7/521 

импульсов последовательностей с пятой по десятую устанавливают равной и , формируют дополнительные три последовательности импульсов двойной по отношени о к .сетевой часто ты, длительностью 2/37 , сдвинутых между собой на угол 2/3и , формируют синхронизированные сетью дополнительные прямую и инверсную последовательности импульсов одинаковой скважности частотой, в шесть раз большей частоты сети, дополнительные пряму и инверсную последовательности логически перемножают с второй и третьей последовательностями, у полученных в результате перемножения дополнитель- ной прямой и третьей и дополнительной инверсной и второй последовательностей импульсов осуществляют задерж-

1U4

180

ку переднего .фронта на время t| а у полученных в результате перемножения дополнительной прямой и второй и дополнительной инверсной и третьей последовательностей да1пульсов осу-г. ществляют задержку переднего фрсжта на время tj , где i, tg, задержанные импульсы логически суммируют с каждой из трех дополнительных последова тельностей импульсов, полученные импульсы логически перемножают с первой группой импульсов и подают на управляницие входы ключей анодной группы управляемого инверторного моста , а также - с второй группой импульсов и подают на управляюоще входы . ключей катодной i; группы управляемого инверторного моста.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНШ ИНВЕРТОРШ ТОКА, выполненньм в виде многофазного трансфор 3тора, средние точки первичной обмотки которого образуют выходные выводы инвертора, а концы обмоток подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управляемые , вторичная многофазная обмотка подключена к входу управляемого инверторного моста, вьюоды постоянного тока которого образуют входные выводы инвертора, зашунтировanные дополнительным управляемьм ключом, анод которого соединен с анодами дйух основных управляемых ключей через первые коммутирующие конденсаторы, а катод через коммутирующий дроссель и вторые коммутирующие конденсаторы соединены с катодами основных управляемых ключе/i, заключающийся в том, что формируют синхронизированное с сетью пилообразное опорное напря -ff 3:FM жение кратной по отношению к сетевой частоты, формируют постоянное напряжение управления, сравнивают его с опорнь94 напряжением, в результате сравнения формируют первую последо- вательность регулируемых по ширине управляющих импульсов, выделяют из нее две последовательности импульсов, сдвинутых между собой на угол , одну из которых подают.на управляющий вход одного из двух основных управляемых ключей, а другую - на управляющий вход второго основного управляемого ключа, формируют четвертую последовательность импульсов, инверсную по отношение к первой, которую подают на управляющий вход . дополнительного управляемого ключа, формируют пятую, шестую, седьмую, восьмую, девятую и десятого последовательности импульсов с частотой сети, сдвинутых между собой на угол З/З; каждую из которых логически перемножают с второй и третьей последовательностями импульсов, фор 4 ЭО мируют первую группу импульсов путем логического перемножения второй пос-. ледовательности с шестой, восьмой и десятой последовательностями импульсов, третьей - с пятой, седьмой и девятой, формируют вторую группу импульсов путем логического перемножения второй последоватет Ьности импульсов с пятой, седьмой и девятой, третьей .- с шестой, восьмой и десятой, отличающийся тем, ,что, с целью повышения качества тока многофазного инвертора путем широт;ной модуляции, импульсного тока по .синусочдаль 1ому закону, длительность

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в трехфазных мостовьк инверторах тока, работающих на сеть соизмеримой мощности в случаях, когда необходимо обеспечить качество напряжения сети при значительно уменьшенных весогабаритных показателях сетевых фильтров Известны способы управления многофазными инверторами тока, обеспечивающие широтно-импульсное регулирование выходного напряжения клк ток с модуляцией по синусоидальному закону в автономных инверторах, позво - ляющие получить форму тока или напряжения, близкую к синусоидальной lj . Недостатком данных способов является то, что они не позволяют ос пдествить передачу энергии от источника постоянного тока в многофазную сеть. Наиболее близким к изобретению является способ управлений многофазным инвертором тока, вьшолненньм в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки кото рого образуют входные вьюолы инвертора, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагружен ных на основные управляемые .ключи, вторичная М1 огофазная обмотка подк;во чена к входу инверторного моста, выводы постоянного тока которого образуют аыходные вьтоды инвертора, зашунтированные дополнительным управляемым ключом, анод которого соединен с анодами двух основных управляемых кгаочей через первые коммутирующие конденсаторы, а катод через коммутирукйций дроссель я вторые коммутирующие конде нсаторы - с катодами основных управляе1 в {х ключей, заключающийся в тем, что формируют синхронизированное с сетью пилообразное опорное напряжение кратной по отношеншо к сетевой частоты, формируют постоянное напряжение управления, сравнивают его с опорньм напряжением, в результате сравнения формируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих импульсов, вьщеляют из нее две hocneдовательности импульсов, сдвинутых между собой на угол и , одну из которых подают на управляющий вход одного из двух основных управляеьвях ключей, а вторую - на управляющий вход второго основного управляемого ключа, формируют четвертую последгэвательность импульсов, инверсную по отношению к первой, которую пбдают на управляющий вход дополнительного управляемого ключа, формируют пят: шестую, седьмую, восьмую , девятую и десятую последовательности импульсов длительностью 2/31 с частотой сети и сдвинутых между Собой на угол IT/S, каждую из которых логичест ки перемножают с второй и третьей последовательностями импульсов, формируют . первую группу импулЬсов путем логического перемножения второй последовательности с шестой, восьмой и десятой, третьей - с пятой, седьмой и девятрй, подают науправляющие входы управляемых вентилей анодной группы дополнительного моста, формируют вторую гргуппу импульсов путем логического перемножения второй последовательности -с пятой, седьмой 1И Девятой, третьей - с шестой, восьмой и десятой, подают на управляющие входы вентилей катодной группы дополнительного моста, причем распределекие управляющих импульсов осуществля ют т.ак, что в момент их подачи управ ляемые вентили дополнительного моста находятся под обратным напряжением вторичной обмотки трансформатора 4j Недостатком известного способа управления является то; что ток инве тора выглядит в виде импульсов прямоугольной формы с регулируемой скважностью. Такая форма тока обуславливает наличие кроме основной гар МОНИКИ и гармоники с частотой комму тации спектра нечетных гармоник, которые могут вызвать значительные нелинейные искажения напряжения при работе с сетью соизмеримой мощности, Цель изобретения - повышение качества .тока многофазного инвертора путем широтной модуляции импульсного тока по синусоидальному закону. Поставленная цель достигается тем что согласно способу управления многофазным инвертором тока, выполненным в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют выходные выводы инвертора, а концы обмоток подклочены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управляемые ключи, вторичная многофазная обмотка трансформатора подключена к входу управляемого инверторного моста, выводы постоянного тока которого образуют входные вьгооды инвертора, зашунтированные дополннгельньи управ. ляемым ключом, анод которого соединен с анодами двух основных управляемых ключей через первые коммутирующие конденсаторы, а катод.через коммутирующий дроссель и вторые мутирующие конденсаторы - с катодами основных управляемых ключей, заключающемуся в том, что формируют синхронизиро.ванное с сетью пилообразное опорное напряжение кратной по отношению к сетевой частоты, формируют постоянное напряжение управления, сравнивают его с опорньм напряжением, в результате сравнения формируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих, им- пульсов, вьщеляют из нее две последовательности импульсов, сдвинутых между собой на угол i , одну из которых подают на управляющий вход одного из основных управляемых ключей, а вторую - на управляющий вход второго основного управляемого ключа, формируют четвертую последовательность управляющих импульсов,.инверсную по отношению к первой, которую подают на управляющий вход дополнительного управляемого ключа, формируют пятую, шестую, седьмую, восьмую, девятую |и десятую последовательности импульсов с частотой сети и сдвинутьк между собой на угол /3, из коI торых логически перемножают с второй и третьей последовательнос- ями импуль сов, формируют первую группу импуль-; сов путем логического перемножения второй последовательности с шестой, восьмой и десятой последовательностями импульсов, третьей - с пятой, шестой и девятой, формируют вторую группу импульсов путем логического перемножения второй последовательности импульсов с пятой, седьмой и девятой, третьей - с шестой, восьмой и Десятой, длительность ««пульсов последовательностей с пятой по десятую станавливают равной Т, формируют дополнительные три последовательности импульсов двойной по отношению к сетевой частоты длительностью 2/3f и сдвинутых между собой на угол 2/3 , формируют синхронизированные с сетью дополнительные прямую и инверсную последовательности импульсов одинаковой скважности частотой, в шесть раз большей частоты .сети, дополнительные прямую и инверсную последовательности логически перемножают с второй и третьей последовательностями, у полученных в результате перемноксения дополнительной прямой и третьей и

дополнительной инверсной и второй последовательностей импульсов осуществляют задержку переднего фронта на время t, а у полученных в результате перемножения дополнительной пря мой и второй и дополнительной инверсной и третьей последовательностей импульсов осуществляют задержку переднего фронта на время t, где t, t-, задержанные импульсы логиче-ски суммируют с каждой из трех дополнительных последовательностей импульсов, полученные импульсы логически перемножают с первой группой импульсов и подают на управлякнцие входы ключей анодной группы управляемого инверторного моста, а также с второй группой импульсов и подают на управляющие входы ключей катодной группы управляемого инвер торного моста.

На фиг. 1 приведена функциональна схема системы управления инвертором, иллюстрирующая предлагаемь й способ управления; на фиг. 2 - графики токо и напряжений; на фиг, 3 - принципиальная схема силовой части инвертора

Система управления инвертором содержит формирователи 1-10 импульсов, синхронизирующий трансформатор 11, блок 12 вьщеления гармоники, генератор 13 пилообразного опорного напряжения, компаратор 14, двухвходовые элементы И 15-30, инвертор 31, формирователи 32-35, элементы 36 и 37 задержки, двухвходовые элементы 3843 совпадений, элементы ИЛИ 44-46.

На фиг. 2 изображены сигналы на выходах соответствующих элементов, а также фазные токи инвертора 1д,

IB. чСидовая схема инвертора (фиг.3)

содержит силовой трансформатор 47, диодные мосты 48 и 49, основные управляющие ключи 50 и 51, коммутирующие конденсаторы 52-55, вторичную обмотку трансформатора 56, инверторный мост на вентилях 57-62, генератор 63 постоянного напряжения дополнительный управляемый ключ 64, дроС сель 65 и систему 66 управления. Функциональная схема системы уп равления преобразователем (фиг.1) содержит формирователь 1 импульсов прямоугольной формы , частота следования которых равна 6nf сети, где h 1,2,3,... Вьпсод формирователя 1 соединен с входами формивателей 2

и 3 импульсов, сдвинутых под угломТ частота следования которых вдвое меньше частоты первой последовательноети импульсов, и входом формирователя 4. Передние фронты импульсов .. формирователей 2 и 3 синхронизируют управляющие импульсы, подаваемые на управляющие входы основных управляемых ключей 50 и 51. Передний фронт импульсов формирователя 4 синхронизируют управляющие импульсы, подаваемые на управляющий вход дополнительного управляемого ключа 64.

Выход формирователя 3 соединен с одними из входов элементов И 15, 17, 19, 23 и 25, выход формирователя 2с одними из входов элементов И 16, 18, 20, 22, 24 и 26.

Выходы формирователей 5-10 последовательностей импульсов длительностью ir, с частотой сети и сдвинутых последовательно между собой на угол f /3 соединены с остальными входами элементов И.

Входы формирователей 5-10 и блока 12 выделения гармоники повышенной частоты сети 6nf соединены с вторичными обмотками синхронизирующего трансформатора 11. Блок 12 в;мделения. гармоники синхронизирует генератор 13 пилообразного опорнрго напряжения. Это опорное напряжение и напряжение управления (Цц) поступают на вход компаратора 14, кото:рый переключается в момент их сравнения и управляет формирователем 1 управляющих-импульсов.

Выходы элементов И 27, 28 и 29, 30 соединены с входами элементов 37 и 36 задержки переднего фронта импульсов соответственно.

Первьк входы элементов И 27, 30 и 28, 29 соединены с выходами формирователей 2 и 3 соответственно ,вторьй входал элементов И 27, Z9 и 28, 30 с выходами инвертора 31 и форм-грователя 32 соответственно. Вход (|к)рмирователя 32 связан с одной из фг1з вторичных обмоток синхронизирующего трансформатора 11, а его выход - с; входом инвертора 31. Входы формирователя соединены с вторичными обмотками синхронизируюп(его тран9Форматора 11, а выходы каждого из йих - с первыми входами элементов.ИЛИ 44-46 соответственно. / Вторые входа элементов ИЛИ 44-46 сое/ динены меящу собой и с выходами эле-, 7 ментов 36 и 37 задержки. Выход элемента 44 соединен с первьми входами элементой И 38 и 41, выход элемента 45 - с первьми входами элементов И 39 и 42. Выход элемента ИЛИ 46 соединен с первьми входами элементов И 40 и 43, вторые входы элементов И 38-43 - с выходами ячеек 15-26 Выходы элементов И 38-43 соединены с управляющими входами ключей 5762 управляемого тиристорного моста соответственно. Основу силовой части преобразователя, на примере работы которого рас смотрим предлагаемый способ управления, составляет многофазный трансфор матор (фиг. 3). Кааждая из фаз его первичной обмотки 47 состоит из двух секций, BKjno4eHHHX последовательно и согласно. Начала и концы первичной обмотки через диодные мосты 48 и 49 закорачргааются с помощью основных управляемых ключей 50 и 51. Положите льные выводы этих мостов и аноды основных управляемых ключей соединены двумя последовательно включенными коммутирующими конденсаторами 52 53, отрицательные выводы и катоды конденсаторами 54 и 55. Многофазная сеть через фильтр подключена к средним точкам первичной обмотки 47. Вторичная обмотка 56 трансформатора через управляемый тиристорный мост 57-62 Подключена к якорю электрической машины 63 постоянного тока причем айодная группа ключей моста к положительному вьюоду якоря, а катодная - к отрицательному. Якорная цепь шунтирована дополнительным управляемым ключом 64. Шложительный вьшод якорной цепи под1сточён к точке соединения конденсаторов 52 и 53, а отрицательный, через коммутирующий дроссель 65 - -к точке соединения конденсаторов 54 и 55. Управляющие импульсы, включаюионе тиристоры, формируются системой 66 управления. Работу устройства, реализукяцего предлагаемый способ, рассмотрим для случая трехфазной сети и кратности шовьвпенной частоты и 4, т.е. частота коммутации будет составлять 1200 Гц. В системе управления инвертором в иомент сравнения опорного пилооб;разного напряжения и напряжения управления компаратор 14 переклйочает808ся и управляет формирователем 1 nep-j вой последовательности импульсов (фиг. 1), образующим последовательность Ujt (фиг. 2). Формирователи 2 и 3 (фиг. 1) вьделяют из нее последовательности и2 и и (фиг. 2). Формирователь 4 инвертирует нмпульсы последовательности Uj и образует последовательность 114 (фиг. 2) И мпульсы последовательностей U , U/j ,и и поступают на управляющие входы основных дополнительных управ ляемых югаочей 50, 51 и 64 (фиг.З) соответственно. - Управлякндие импульсы додаваемые на управляющие входы Kj-почей 57-62 управляемого моста (фиг. 3), получаются в результате логического перемножения произведения последовательностей импульсов Цо (фиг. 2, U(5 6 и логической суммы последовательностей U,,, U, 2) и задержанных импульсов U (фиг.2) Задержанные импульсы с большим временем задержки переднего фронта формируются элементом 36 задержки (фиг. i) из импульсов, полученных в результате логического перемножения последовательностей U , HUj,/ (фиг. 2, Uj , ) Задержанные импульсы с меньшим временем задержки (фиг. 2, Ujj) переднего фронта формируются элементом 37 задержки (фиг.1) из импульсов, полученных в результате логического перемножения последовательностей Ug и 1з1,Уэ чг При включении дополнительного управляемого ключа 64 в якорной цепи электрической машины 63, работающей в генераторном режиме, начинает нарастать ток, и она стремится перейти в режим короткого замыкания. Одновремекно от диодных мостов 48 и 49 через ключ 64 и дроссель 65 заряжают конденсаторы 52-55 с полярностью, указанной на фиг. 3 без скобок. Шпульс последовательности и вклочает ключ 50. Импульс последовательности Ц,7, U.g (фиг. 2) логически перемножается элементом И 39 с сигналом 1 на выходе элемента ИЛИ 45 (фиг.1) 1 обусловлена наличием на одном из входов, элемента ИЛИ 45 1, поступающей с выхода формирователя 34 (фиг. 2, и.. Ча выходе элемента 39 совпадения появляется сигнал без задержки (фиг. 2, U) . Импульс последовательности Uj,, Ujj не проходит через элемент И 41, потому что на втором его входе присутствует сигнал О, так как на входы элемента ИЛИ 4А поступают сигналы О с выхода формирователя 33 и элементов 36 и 37 задержки (фиг. 2, Ц, Uj,). Импульс последовательности Vjs и2(фиг. 2) логически перемножается элементом И 43 с сигналом 1 на выходе элемента ИЛИ 46, так как формирователь 35 подает на вход ячейки 46 сигнал 1. На ячейки 43 появляется сигнал без задержки. Сигналы элементов И 39 и 43 включают ключи 58 и 62 (фиг. 3), т.е. одновременно включаются три ключа 50, 58 и 62. При этом конденсаторы 52 и 54 перезаряжа ются по цепи: элементы 52, 50, 54, 65, 64, 52 с полярностью, указанной на фиг. 3 в скобках, и выктиочают ключ 64. Ток якорной цепи переводится через ключи 58 и 62 в фазы В и С вторичных обмоток трансформатора (фиг. 2, Ig, TC), причем направление тока противоположно напряжению, возникающему в этих обмотках после включения ключа 50, собирающего через мост 48 начала первичных обмоток 47 трансформатора в звезду. Начинается этап инвертирования тока в сеть. Затем на выходе элемента 36 задержки появляется сигнал 1, проходит через элемент ИЛИ 44, ив элементе И 41 логически перемножается с сигналом последовательности U., „ , При этом включается ключ 60. Так как встречное напряжение в фазе С меньше встречного напряжения в фазе А, ток инвертирования переключается из фазы С в фазу А, а ключ 62 выключается (фиг. 2, 1д, 1, 1.) Теперь ток идет только по фазам А и В. Б момент очередного вк пoчeния ключа 64 сигналом последовательности Uj процесс инвертирования оканчивается, и начинается очередной процесс накапливания, энергии в якорной цепи электрической машины 63, При этом конденсаторы 52 и 54 вновь перезаряжаются по той же цепи с полярность, указаннЬй на фиг. 3 без скобо Следующий этап инвертирования на чинается в момент появления на выход формирователя 1 очередного сигнала. Импульс последовательности U включает ключ 51. Импульс последовательности U|j.,- и( задерживается элементом 37 задержки, -а импульсы последовательностей Ц, и 1 и фвключают ключи 59 и 61 без задержки, так как на выходах формирователей 33 и 35 присутствует сигнал 1, и, стало &.1ть, на входах элементов И 40 и 42 так же присутствует 1, следовательно, теперь одновременно включаются ключи 5t, 59 и 61. При этом конденсаторы 53 и 55 перезаряжаются iпо цепи: элементы 53, 51, 55, 65, 64, 53, и выключают ключ 64. Ток якор: ной цепи переводится через клочи 59, и 61 в фйзы В и С вторгичной обмотки трансформатора 56. А так как ключ 51 диодный мост 49 собрал в эвезду первичные ойротки 47 трансформатора, в фазах В и С появляется напряжение, направленное против токов этих фаз, т.е. происходит процесс инвертирования. После паузы, обусловленной элементом 37 задержки, меньшей, чем на предыдущем этапе инвертирования, когда задержку переднего фронта импульсов, включающего ключ фазы А, обеспечивал элемент 36, появляется управляющий импульс на выходе элемента И 38, включающий ключ 57 фазы Д. Так как встречное напряжение фазы С больше в этот момент времени чем азы А, ток фазы С переключается на Фазу А и ключ 59 выключается. Теперь ток инвертирования протекает только по фазам А и В. Процесс инвертирования прекращается после появления импульса последовательности и вновь включающегося ключа 64, nocjte чего начинается очередной этап накапливания энергии в контуре короткого замыкания электрической машины 63, ключи 57, 61 и 51 выключаются, а конденсаторы 53 и 55 перезаряжаются с полярностью, указанной HP фиг. 3 без скобок. В дальнейшем процессы коммутации. происходят аналогично. 1 Рассматривая процесс формирования пачки импульсов тока инвертирования фазы, например А (фиг. 2, 1д), можно увидеть, что первьв импульс тока, передни фронт которого задержан элементом 36, самый короткий, второй, задержанный элементом 37 - длиннее. Передние фронты последующих восьми импульсов тока - без задержки, так как на выходе формирователя 33 появляется Г. Однако третий импульс

Л11

jTOKa укорочен по заднему фронту на величину, соответствующую длительности второго импульса, за счет переключения тока из фазы А в фазу С, и он длиннее второго.; А четвертый импульс укорочен по заднему фронту на величину, соответствующую длительности первого импульса, и он длиннее третьего. Пятый, шестой, седьмой и восьмой 1 1пульсы тока инвертирования фазы А имеют максимальную длительность, , обусловленную длительностью импульсов последовательности U . Девятый и десятый импульсы тока короче восьмого на длительность первого и второго импульсов,соответственно,за счет срезания задних фронтов при переводе тока в фазу В.Одиннадцатый импульс формируется с меньшей задержкой по перед-лнему фронту,а двенаддатьш- с большей. Следовательно, длительность импульсов постепенно увеличивается и

8012

достигает максимальной величины, затем постепенно уменьшается. Амплитуда импульсов почти неизменна и определяется ЭДС электрической машинь, ЭДС фазы сети и импедансом цепи. За-, дав определенные величины задержек, которые зависят от тока нагрузки, можно получить широтно-импульснуто модуляцию тбка инвертора по закону, близкому к синусоидальному. Это позволяет существенно уменьшить весогабаритные показатели фильтровтрехфазного инвертора тока с принудительной коммутацией, работаюещго на сеть соизмеримой мощности при удовлетворительном качестве напряжения сети. Таким образом, устраняется существенный недостаток тиристорных преобразователей - искажение в результате коммутационных процессов формы питающего напряжения сети.

гз.г

Z9i30 J7 J2

JJ

J4 35

36 37 Jff 39 0 4Г 4Z 4J

УА

Фыг.Z