Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором Советский патент 1986 года по МПК H02M7/40 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и предназначено для осу ществления гаиротно-импульсной модуляции выходного напряжения трехфазного мостового инвертора, работающего в системе преобразователь частоты - двигатель.

Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного линейно го напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора за счет С1шжения амплитуд низших и высших гармоник при регулировании и снижения числа коммутаций вентилей инвертора, а также исключение фазового искажения выходного напряжения.

12363932

Для трехфазного мостового инвертора период повторяемости составляет 60 эл.град. - шестую часть периода выходного напряже и1я. Работу инверто- 5 ра в течение периода выходного напряжения для любой фазы можно рассмотреть при помощи круговых перестановок диаграь .м напряжения, полученных ДД1Я всех фяз в течение периода повто- 10 ряемости. Вентили одной группы - это вентили 1, 3 и 5 (фиг.1), т.е..вентили анодной группы (вентили, аноды которых соединены с положительным зажимом источника 13 питания). Венти- )5 ли другой группы - это. для рассматГриваемого случая) вентили 2, 4 и 6 (фйг,1), т.е. вентили катодной группы (вентили, катоды которых соединены с отрицательным зажимом источника пиНа фиг. представлен вариапт схем инвертора, реализуюш:его предлагаемый способ управления; на фиг.2 - диаграммы импульсов управления вентилями фазных и линейного напряжений при глубине модуляции, равной 0,5; на фиг.3 - схемы замещения инвертора дл интервалов импульса и паузы выходного напряжения,

Схема трехфазного мостового инвертора (фиг.1) содержит управляемые вентили 1 и 2 фазы А; вентили 3 и 4 фазы В; вентили 5 и 6 фазы С; мост обратного тока на диодах 7-12, источник 13 питания инвертора. К выходным зажимам инвертора присоединен трехфазная нагрузка 14 - 6 соответственно фаз А, В, С, соединенная в звезду. На фиг.2 приведены диаграммы 17-22 импульсов управления, соответственно вентилями 1-6 инвертора; диаграммы фазных напряжений соответственно фаз А, В, С; диаграмма 26 линейного напряжения (АВ). Цифрами 27 - 29 обозначены моменты времени, соответствующие 0,30, 60 эл.град. периода выходного напряжения для вентиля 1 фазы А. Цифрами 30-37 обозначены моменты времени на одной шестой части периода выходного напряжения (интервал 60-120 эл.град.) соответствующие переключению вентиля 1. Цифрами 38 - 40 обозначены моменты времени, соответствующие 120, 150, 180 эл.град. периода выходного напряжения для того же вентиля.

На фиг.3 приведены схемы замещения инвертора для интервалов времени 29-30, 31-32, 33-34, 35-36, 37-38; 30-31, 32-33, 34-35,36-37 соответственно фиг,За, б.

ряемости. Вентили одной группы - это вентили 1, 3 и 5 (фиг.1), т.е..вентили анодной группы (вентили, аноды которых соединены с положительным зажимом источника 13 питания). Венти- ли другой группы - это. для рассмат

Гриваемого случая) вентили 2, 4 и 6 (фйг,1), т.е. вентили катодной группы (вентили, катоды которых соединены с отрицательным зажимом источника питания). Импульсь управления вентилями одной группы представлены соответственно на фиг.2 диаграммами 17, 19 и 21, а импульсы управления вентилями другой группы представлены на

фиг.2 диаграммами 18, 20 н 22. Сигналы нерегулируемой длительности - это сигналы, длительность которых не изменяется при регулировании выходного напряжения инвертора. Регулируемые

несущие сигналы - это сигналы, за счет изменения длительности которых осуществляется регулирование выходного напряжения инвертора.

При предлагаемом способе управления нулевые паузы мезкду импульсами напряжения образуются путем замыкания на один из полюсов (зажимов) источника 13 питания всех фаз нагрузки (14 - 16, фиг,1), интервалы времени 30-31, 32-33, 34-35, 36-37 на фиг.2, диаграммы 17, 23, 24, 25 и 26, Сигналы нерегулируемой длительности формируют на интервалах 0-60 эл.град. ( фиг . 2 , диаграмма 17, мo ieнты времени 27-29) и 120-180 эл.грзд„ (фиг.2, моменты времени 38-40). Необходимо отметить, что в предлагаемом способе управления регулирование выходного напряжения инвертора осуществляется путем широтно-импульсной модуляции по прямоугольному закону. Это позволяет уменьшить число коммутаций силовых вентилей за счет использования работы вентилей в двух фазах в режи- ме нулевых на интервале 60 эл.град, (фиг.2, диаграммы 20 и 22., интервал времени 29-38), а в третьей фазе, проводящей полный ток нагрузки, су

дествуют комъ утацин вентиля в соответствии с принятым законом модуляции Г фиг.2, диаграмма 17, моменты времени 29-30, 31-32 и т.д. на интервале 29-38) .

Число коммутаций силовых вентилей инвертора всех фаз Для одного периода выходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением

и 2(К + l) ,

где К - число регулировочных пауз в течение 60 эл.град. вьпсодно- го напряжения, К 2,3,4,... После рассмотрения импульсов управления вентилями всех фаз в тече- ние периода повторяемости (фиг.2.

Л

диаграммы 17-22 на интервале 29-38j легко продолжить полученные последо- вательности на весь период путем круговых перестановок (фиг. 2, диаграм- мы J7-22).

Импульсы управления 17-22 (фиг.2) подают на вентили соответственно 1-6 инвертора (фиг.). Фазные напряжения 23-25 фиг.2) получаются при исполь- зовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора по предлагаемому способу. Выходное линейное напряжение инвертора образуется путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений (фиг.2, последовательность 26/.

Рассмотрим работу инвертора(фиг.l на нагрузку с коэффициентом сдвига фазы С05 Ч ц 0,6 (( 53 эл.град., пользуясь диаграммами импульсов управления 17-22 (фиг.2) предлагаемого способа. Работа инвертора рас- матривается на одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаз одновременно, полная картина фазных напряжений получается круговыми перестановками. Рассматриваемые моменты времени условно показаны стрелками на фиг.2 и обозначены 29-38. Отсчет времени ведется с отметки 29 соответствующей максимальному значению линейного напряжения АВ (диаг- рамма 26 на интервале 29-30, фиг. импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 6 инвертора (фиг.l). В течение этого интервала времени токи направлены следующим образом: ток фазы А направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль I к узлу нагрузки, ток

5

10

5

20

25 30

35 0 5

0

5

3914

фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки; ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания (фиг.За). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами В и С. При этом в фазе А амплитуда фазного напряжения на нагрузке равна +2/3 Е (Е - напряжение источника питания инвертора) , а в фазах В и С равна - 1/ЗЕ (фиг.2, диаграммы 23-25). На интервале 30-3 (фиг.2) импульсы управления подают на вентили 4 и 6. 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.Зб). В течение этого интервала времени токи направленьт следуюпщм образом: токи фаз А и С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратные диоды 8 и J2 к узлу нагрузки; ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательн ому зажиму источника пятания (фиг.Зб). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами. На интервалах 31-32, 33-34, 35-36, 37-38 импульсы управления подают па вентили 1,4 и б инвертора. Схема замещения для этих интервалов та же, что и для рассмотренного интервала 29-30 (фиг.За). На интервале 37-38 ток фазы С переходит через нуль, при этом происходит переход тока с обратного диода 12 на открывшийся вентиль 6. Этот переход тока не влияет на распределение фазных напряжений и они остаются преж- Н1ШИ до конца рассматриваемого интервала (фиг.За и фиг. 2, диаграммы 23- 25). Ьосле перехода тока нет обмена реактивной энергии между фазами В и С. На интервалах 32-33, 34-35, 36-37 импульсы управления подают на вентили 4 и 6 инвертора и в кривых фазных напряжений формируется нулевая пауза (фиг.Зб и фиг.2, диаграммы 23-25/,

Таким образом, на Интервале 29- ЗВ, что соответствует одной шестой части периода выходного- напряжения, рассмотрена работа трехфаз} ого моетового инвертора на активно-индуктивную нагрузку с Цц 53 эл.град. Полная картина фазных напряжений получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (фиг,2, последовательности 23-25). Линейное напряжение получают из соответствующих фазных напряжений (фиг.2, последовательность 2б). Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представляют собой последовательность широтно-модулированных импульсов. Форма выходных напряжений не зависит от параметров активно-индуктивной нагрузки в диапазоне изменения ее коэфициента сдвига фазы 0,55 со5Срц 1,0.

Предлагаемы способ управления позволяет улучшить, гармонический состав выходного напряжения, В моменты времени 27, 29, 38, 40 (что соответствует началу каждой шестой -гасти периода выходного напряжения) модуль фазного напряжения изменяется в ОДНО

фазе от

1

до

Е, а в другой - от IE, Линейное напряже2

з

2} ( П

з) «° Г I

ние, образованное путем векторного сложения фазных напряжений, имеет в середине каждого полупериода импульс длительностью, которая в 2 раза превышает длительность любого другого 1шпульса линейного напряжения (фиг,2, диаграммы , интервал 27- 38 . Особенность формировапия линейного напряжения состоит также в том, что модуляция длительности импульса липейного напряжения на интервале

; ir

6 ЗЦ

осуществляется перемещением

заднего ими.у.гП)Са, а на пнтерI 2Л .)- - переднего фронта 6 3 N /

вале

о

импульса (момент времени 37, фиг, 2, диаграмма 26, Я - число тактовых ип-- тервалов на едкой шестой части периода выходного паутряженпя . Г армо ;и- ческий состав ВЕЛХОДИОГО напряжения по предлаг аемому способу управления в сравиенрп с известным способом прямоугольной (ШИР) свидетельствует о снижет II-1 аг.1плитуд нужных гармо- ник (1-5).

Улу -Ш .еяие спгергетичооогх показателей nijiepTOpa осуществляется за счет

5

0

5

0

0

5

снижения числа коммутаций силовых вентилей следующим образом. Сигналы, формирующие полуволну напряжения, заполняют нерегулируемыми сигналами на интервалах 0-60 эл.град, (фиг.2, диаграмма 17, интервал времени 28- 29 и 120-180 зл,град, (интервал времени 39-40/. При этом в течение каходой шестой части периода поочередно для каждой фазы вентили двух фаз одной группы используют в режиме ,нyJ:eвыx, т.е, эти вентили постоянно включены (фиг,2, диаграммы 20 и 22, интервал времени 29-38J ,

Коммутацию вентиля третьей фазы другой группы осуществляют регулируемыми по длительности несущими сигналами следующи - образом. В начале каждой шестой част1-5 периода длительность первого несущего сигнала регулируют перемещением заднего фронта ;- есуще-- I o сигнала (фиг,2, диаграмма 175 -.ент времени 30), а его передний фронт сливают с задним фронтом не- регулируемот-о сигнала на интервале 0-60 эл,град. (фиг.2. диаграмма 17, момент времени 29). Таким образом, длительность импульса управления силового вепт1-ьчя увеличивается относительно 60 эл.град. на величину дли- тельности несущего сигнала, а число коммутаций этого же силового вентиля уменьшается (фиг.2, диаграмма 17, интервал времени 27-30). В конце этой же шестой части периода д/цггельность 1гос.г ед1-гего песуи;его сигнала рег-улиру- гот пер(; ме цепием переднего фронта }ie- сущ&гс сигнала (с|1иг.2. диа.грамма 17, момепт времени 37), а его задний фрспт сливают с пере.гщим фронтом (ерегулируемого спгтчала на 1п-1тервале 120-180 эл.град. (фиг.2, диаграмма 17, времени 38). Таким обра- 30;.;:, длительность иммулг са управления силово1ч: )зеитяля увеличпвается отпо- сительпо hO эл„град, па величипу ;:vndi ejn H.ocTH несущего с - гнала, а число г:оммутаций этого же силового веп- тпля епьшается Г фиг. 2, /дигзграмма 17, иптервал времени 37-40). Следо- вательмо, на тггервале длител1)НОстью в ii ec 1 ую часть периода осуществляется бескоммутациопный переход им пу.. ьсоЕ уггрпвлепия вептнлями двух фаз ;з одпой. шестой части периода в дрЗ Туго Р из другой в третью и т.д. На фш ч 2 эти моменты обозпачеь ы цифрами 29 ;1ля фаз Л (диагра 1ма 17) и В f дилграммл. 20 и 38 для фаз А (диаграмма 17) и С (диаграмма 22. В следующей шестой части периода такой бескоммутационный переход осуществляется опять для двух фаз и т.д. Такой бескоммутационный переход импульсов управления силовых вентилей всех фаз приводит к снижению числа коммутаций силовых вентилей и, следовательно, к улучшению энергетических показателей инвертора.

Формула, изобретения

1 . Способ управления трехфазным мое- 15 перемещением переднего фронта, а задтовым вентильным инвёрторо м с широт- но-импульсной модуляцией вьпсодного напряжения путем формирования откры- .вающих нерегулируемых сигналов вентилей инвертора каждой фазы на интер- валах 0-60 и 120-180 эл.град, периода выходного напряжения и формирования на интервале 60-120 эл.град. несущих сигналов с широтно-импульсной модуляцией путем N -кратного выключения вентилей инвертора и изменения угла

их проводимости od от О до

L 3N

365918

rt любое целое число, при этом длительность первого из несущих сигналов регулируют перемещением заднего фронта несущего сигнала, передний 5 фронт которого совпадает с задним фронтом нерегулируемого сигнала интервале 0-60 эл.град., отличающийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава вьгход- 10 кого линейного напряжения и улучшения энергетических показателей инвертора, длительность последующих после первого несущих сигналов на интервале 60-120 эл.град, регулируют

2025

НИИ фронт последнего из них совмещают с передним фронтом нерегулируемого сигнала на интервале 60 - 120 эл,град,

2. Способ по п.I, отличающий с я тем, что, с целью исключения фазового искажения выходного напряжения, длительность последующих после первого сигналов, кроме последнего, на интервале 60- 120.эл.град. регулируют перемещением как переднего, так и заднего фронтов.

/

/J/

Z7./

27 28 VAYjS 39 4ff

t f тш

T:::::: 3Doiri zzJ jnnn г--1 I

I .

П1га1лщп-Лшл

ЛШЬоОПп - --лпппг

гашллпттозап

I .

чшшг

Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором предназначается для широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора, работающего в системе преобразователь частоты - двигатель. Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного линейного напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора за счет снижения амплитуд низших из высших гармоник при регулировании и снижение числа коммутаций вентилей инвертора. Сигналы, формирующие полуволну напряжения, заполняют нерегулируемыми сигналами на интервалах 0-60 и I20- 180 эл.град. В течение каждой шестой части периода поочередно для каждой фазы вентили двух фаз одной группы используют в режиме нулевых, т.е. вентили постоянно включены. Коммутацию вентршей третьей фазы другой группы осуществляют регулируемыми по длительности несзтдими сигналами следующим образом, В начале каждой шестой части периода длительность первого несущего сигнала регулируют перемещением заднего фронта, а его передний фронт сливают с задним фронтом нерегулируемого сигнала на интервале 0-60 эл.град. Длительность импуль са управления увеличивается относительно 60 эл.град. на величину длительности несущего сигнала, а число коммутации вентиля уменьшается. 13.П.Ф-ЛЫ, 3 ил. § (Л

Щ ICI Ю

Ж

Редактор Е. Папп

Составитель Е, Калннкин

Техред Л.Олейиик Корректор Е. Сирохман

Заказ 3096/57Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного ком ггета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ю

; Ж:5