Способ симметрирования выходных напряжений @ -фазного инвертора Советский патент 1985 года по МПК H02M3/24 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями, питающими несимметричные f -фазные нагрузки. Известен способ симметрирования .выходного напряжения трехфазного инвертора путем включения симметрирующих устройств (СУ) на выходе инверто ра для выравнивания его нагрузки 1 Недос.татком этого способа являетс наличие СУ, что приводит к снижению КПД и увеличению габаритов инвертора Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ симметрирования выходных напряже ний m -фазного инвертора, заключающийся в том, что формируют симметрич ную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных с выходными напряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину T/tT с, где Т ,период, а f g, - частота выходного напряжения инвертора, измеряют начальные фазы выходных напряжений, сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которым воздействуют на частоту выходного напряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного, и умень шая частоту до нуля, если выходное напряжение опережает по фазе опорное 2j. Недостаток известного способа за лючается в том, что углы между образующими замкнутую систему векторами, которыми представляют напряжения на выходе инвертора, выравнивают, принимая во внимание только их первые гармоники. Это допущение неприемлемо для инвертора напряжения, та как в нем выходные напряжения как правило несинусоидальны. Поэтому неучет высших гармоник приводит к большой погрешности, а применение фильтра на выходе инвертора в ряде случаев либо недопустимо либо нецелесообразно. Цель изобретения - повьштение точ ности симметрирования выходных напряжений щ -фазного инвертора. Поставленная цель достигается тем что согласно способу симметрирования выходньгх напряжений m -фазного инвертора, заключающемуся в том, чт 1 32 формируют симметричную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных с выходными напряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину Т/т с, где Т 1/fg, - период, а gjj, - частота выходного напряжения инвертора, измеряют начальные фазы выходных напряжений, сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которьм воздействуют на частоту выходного напряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного, и уменьшая частоту до .нуля, если выходное напряжение опережает по фазе опорное, в качестве начальной фазы измеряют обобщенную фазу, т.е. момент времени, соответствующий на диаграмме напряжений положению центра- тяжести площади, ограниченной полуволной выходного напряжения инвертора, для чего формируют из опорного напряжения пилообразное напряжение, перемножают его с выходным напряжением инвертора, полученно произведение интегрируют и формируют сигнал, соответствующий координате обобщенной фазы, путем деления проинтегрированного произведения на проинтегрированное выходное напряжение инвертора. На фиг. 1 изображены эпюры выходного напряжения одной фазы инвертора например, для активной нагрузки и его 1-я гармоника при симметричном . (S) и несимметричном (Б) режимах соответственно; на фиг. 2 - фзшкциональная схема устройства (одной фазы) , реализующего предлагаемый способ сшчметрирования-, на фиг. 3 эпюры напряжений, поясняющие работы устройства реализации (одной фазы) и регулирования обобщенной фазы. Способ осуществляется следующим образом. Возникновение асимметрии выходных напряжений инвертора, например, из-за неравномерности его нагрузки по фазам сопровождается искажением формы этих напряжений, а, значит, и изменением на разные величины начальных фаз всех гармоник их спектров (фиг. 1, 1-ая гармоника). Эти изменения учитывают моментом времени - , соответствующим положению центра тяжести полуволны выходного напряжения инвергора. Моменты времени измеряют, сравнивают с ottopными, и, воздействуя на систему управления инвертором, выравнивают так чтобы они отстояли друг от друга на величину Т/т с, где Т- период выходного напряжения инвертора Можно показать, что координата абсциссы центра тяжести полуволны несинусоидальной периодической функции 5 (t) с периодом Т Z7r/tu , определяемая отношением моментов пер вого (М и нулевого (М) порядков этой функции на унтервале fO, T/2J iS(i|cfi характеризует обобщенную начальную фазу Фо Фуикции S(i|. Связь этой координаты (или обобщённой начальной фазы в ) с н чальньми фазами гармоник спектра функции S(i) вьфажается зависимость I (f, , где fo - угол наклона к вещественно оси интегрального вектора с амплиту,дой С, образованного путем геометри , веского суммирования всех векторов с амплитудами Сп и углами Vr, кот рыми можно представлять гармоники от 1 до п ряда Фурье функции S(i) в момент времени i 0. К - коэффициент, зависящий от гармонического состава функции 5(t Момент времени, соответствующий временной координате центра тяжести полуболны несинусоидального напряжения можно рассматривать (с учетом смеще ния на Т1остоянную величину /2) как обобщенную начальную фазу этого напряжения, учитывающую начальные фазы V,, всех гармоник его спектра. Квазисинусоидальное (многоступенчатое) выходное напряжение инвертора ожет быть реализованоу например, методом суммирования в общем контуре п инверторных ячеек, выходные напряжения которых - меандры - одинаковой частоты равной частоте выходного напряжения инвертора, сдвинутые друг относительно друга во времени на требуемую величину. Устройство реализации для одной фазы устройства состоит из синхронизатора 1, подключенного к входу гене ратора 2 onopFihix фаз (ГОФ). Первый .выход ГОФ 2 подключен к первому вхо ду измерителя 3 обобщенной фазы, а второй - к входу сумматора 4, к другому входу которого подключен выход измерителя 3. Выход сумматора через генератор 5 управления (ГУ) подключен к входу инвертора 6, выход которого подключен к второму и третьему входам измерителя 3. Измеритель 3 состоит из перемножителя 7, интеграторов 8 и 9 и делителя 10. Первьй и второй входы измерителя 3 являются входами перемножителя 7, выход которого через интегратор 8 подключен к первому входу делителя 10, к второму входу которого подключен выход интегратора 9, вход которого является выход делителя 10. Блоков 3-6 имеется по числу выходов инвертора. Работа устройства рассмотрена на примере регулирования обобщенной фазы выходного напряжения одного канала (фазы) многофёзного инвертора. Синхронизатор 1, выполненный, например, на мультивибраторе, вырабатывает напряжение прямоугольной формы частоты ({gkix где т- число фаз инвертора, Cg, - частота выходного напряжения инвертора. Это напряжение с выхода синхронизатора 1 поступает на вход ГОФ 2, состоящего из делителя : чачтоты с коэффициентом деления, равным т/2, ГОФ 2 фррмирует на втором выходе напряжения опорных фаз (фиг. Зз - одно из них) прямоугольной формы частоты 2f.|. Эти опорные напряжения сдвинуты во времени друг относительно друга строго на величину т/т с, где Гl/fa образуя опорную симметричную систему напряжения. Кроме того,ГОФ 2 содержит генератор пилообразного напряжения, который формирует пило-, образное напряжение с углом наклона в 45 и длительностью, равной /2, поступаклцее на первьй выход ГОФ 2. Напряжение опорной фазы поступает на вход сумматора 4. На его другой вход с выхода измерителя 3 обобщенной фазы поступает импульс (фиг. Зж), соответствующий временной координате центра тяжести полуволны кривой вь ходного напряжения инвертора или его обобщенной фгзе. Измерение обобщенной фазы производят в соответствии с вьфажением I (i) путем деления делителем 1О проинтегрированного на интеграторе 8 произведения выходного и синхронизи рованного с ним пропорционального времени напряжения (пилообразное напряжение) на проинтегрированное интегратором 9 выходное напряжение инвертора. Информацию об измеряемой обобщен ной фазе получают в виде импульса, сдвинутого во времени относительно этой фазы на величину Т/2, Если вькрдные напряжения инвертора симметричны (фиг. 1а), сигнал с выхода сумматора А отсутствует и ГУ 5 вырабатывает импульсы прямоугольной формы (фиг. За) частотой Q значительно превышающей частоту i.t, выходного напряжения инвертора. При чем, чем выше частота импульсов ГУ, тем выше точность регулирования (стабилизации) обобщенной фазы. Генератор импульсов вьшолнен, наприме на мультивибраторе. Кроме того, ГУ обладает свойством преобразовьшать указанные импульсы в импульсы часто той (фиг. 36) или оставлять их неизменными (фиг. За). С выхода ГУ 5 импульсы частоты р/2 поступают на инвертор 6, сие тема управления которого путем деления частоты (фиг. Зв, г, д, е) формирует из них импульсы для управления силовой частью йнверторной ячейки (фиг. Зе, сплошная). Выходные напряжения инверторных ячеек суммируют и получают m -выходных напряжений инвертора, одно из которых изображено пунктиром (фиг. За).

П|)и возникновении асимметрии на выходе инвертора, например, из-за неравномерности его нагрузки по фа-зам, кривая выходного напряжениярассматриваемой (как и остальных) фазы искажается (фиг. 16, фиг. Зе (пунк- 45 У

тиром)), происходит сдвиг во времени положения центра тяжести полуволны кривой этого напряжения, т.е. ее обобщенной фазы. При этом моменты

перехода указанного напряжения через soРяжений и;1вертора, достигается пренуль остаются неизменными. В резуль-имущество в точности симметрирования

тате чего на выходе сумматора 4 появ-последних по сравнению с .известным

ляется сигнал рассогл.сования обоб-способом.

формацию об обобщенной фазе в виде импульса получают в следующий за измеряемым полупериод выходного напряжения инвертора, в который и происходит его сдвиг путем сжатия или расширения (в случае опережения обобщенной фазы) этого напряжения, сигнал рассогласования остается постоянным на все время его отработки. В один полупериод выходного напряжения измеряют обобщенную фазу, в другой отрабатывают сигнал рассогласования фаз, в результате чего выходные напряжения щ -фазного инвертора вновь образуют симметричтемой напряжений.

Таким образом, благодаря тому, что при симметрировании учитываются все гармоники спектров выходных нап3щенной фазы (фиг. Зи) в виде логи 0ческого длительностью (с)7 4 угол рассогласования обоб щенной фазы, град. Знак (опережение или отставание) и величина смещения обобщенной фазы в каждом из w каналов инвертора могут быть различными. Предположим, что обобщенная фаза одного из выходных напряжений инвертора отстает от опорной, как показано на фиг. Зе. Как видно из эпюр напряжений (фиг. Зб ,в е ), ГУ 5, увеличивая частоту импульсов .формирования вдвое, смещает во времени всю искаженную кривую выходного напряжения (моменты ее перехода через нуль) в сторону опережения, тем самым смещая и обобщенную фазу. При этом величину рассогласования обобщенной фазы отрабатывают за время Тртр Т д /360 t , т.е. за время существования самого сигнала рассогласования. Аналогично отрабатывают опережение обобщенной фазы относительно опорной. Поскольку инсистему синхронно с опорной

а

Т .

СПОСОБ СИММЕТРИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ m -ФАЗНОГО ИНВЕРТОРА, заключающийся в том, что,формируют симметричную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных JC выходными напряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину Т/тс, где .Т период, а 4,„х частота ;выходного напряжения инвертора, измеряют начальные фазы выходных напряжений, сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которым воздействуют на частоту выходного напряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного, и уменьшая частоту до нуля, если выходное напряжение опережает . по фазе опорное, отличающийс я .тем, что, с целью првьшения . точности симметрирования, в качестве начальной фазы измеряют обобщенную фазу, т.е. момент времени, соответствующий на диаграмме напряжений, положению центра тяжести площади, СП ограниченной полуволной выходного напряжения инвертора, для чего формируют из опорного напряжения пилообразное напряжение, перемножают его с выходным напряжением инвертора, полученное произведение интегрируют, и формируют сигнал, соответствующий 4 координате обобщенной фазы, путемделения проинтегрированного произве9д X) дения на проинтегрированное выходное напряжение инвертора. :о

1г

выл

ШНЗ Ср

т А

фи12