Способ преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

со

00

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в трехфазное переменное с гальванически не связанными нагрузками главным образом для электропривода переменного тока. Формирование переменного напряжения в каждой фазе нагрузки осуществляется методом широтно-импульсной модуляции путем подключения нагрузки к источнику постоянного напряжения в прямой или обратной полярности или замыкания нагрузки. Для исключения в трехфазной системе выходных напряжений нулевой последовательности напряжение двух ведущих фаз формируется независимо, а в третьей ведомой - в зависимости от состояния ведущих фаз, причем для обеспечения симметрии фаз в качестве ведомой фазы поочередно используются все три фазы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с

4

оо

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных по выходу преобразователях с электрически не связанными фазами нагрузки (инверторы напряжения, непосредственные преобразователи частоты с искусственной коммутацией по мостовым схемам на фазу), выходное напряжение которых формируется методами, ШИР или.ШИМ, и предназначенными прежде всего для целей частотного электропривода или автономного электроснабжения.

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения за счет получения сбалансированного трехфазного напряжения в преобразователях частоты с электрически не связанными фазами нагрузки.

На фиг. 1 приведена одна из возможных структурных схем устройства, реализующего предлагаемый способ применительно к управлению трехфазным инвертором напряжения; на фиг. 2 - структурная схема канала блока логики устройства; на фиг. 3 - таблица цикличности управления вентилями инвертора; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие способ.

Устройство (фиг. 1) содержит трехфазный инвертор напряжения, состоящий из трех идентичных однофазных мостовых схем 1-3, каждая из которых в свою очередь содержит четыре полностью управляемых вентиля 4-7 и четыре обратных диода 8- 11, трехфазную нагрузку 12 с электрически не связанными фазами А, В, С (13-15), систему 16 управления. В систему управления (СУ) 16 входят задающий генератор 17 импульсов (ЗГ), вход которого является первым входом системы управления, определяющим частоту выходного напряжения преобразователя, семиразрядный двоичный делитель 18 частоты (ДЧ), подключенный к выходу задающего генератора, генератор 19 опорного напряжения (ГОН) и генератор 20 модулирующего напряжения (ГМН) (управляемый по второму входу системы управления, задающей величину выходного напряжения преобразователя), подключенные соответственно к пяти младщим и четырем старщим разрядам делителя 18 частоты, переключатель 21 кратности (ПК), связанный в кольцо с генератором 19 опорного напряжения, датчик 22 циклов (ДЦ), подключенный входом к генератору 20 модулирующего напряжения, триггер 23 формирования селекторных импульсов (ТСИ), подключенный входом к генератору опорного напряжения ГОН, компараторы 24 и 25, связанные входами с выходами генераторов ГОН и ГМН, логическая схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, связанная с выходами компараторов, распределитель 27 импульсов (РИ), связанный с выходами компараторов, логической схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, триггером селекторных

импульсов, три векторных выхода распределителя импульсов связаны с вентилями каждой фазы силовой схемы инвертора. Распределитель 27 импульсов в каждом

из трех каналов содержит (фиг. 2) восемь логических схем И 28-35, связанных со входами логической схемы ИЛИ 36, выход которой связан с вентилями 4 и 5 соответственно силовой схемы, три логических схемы НЕ 37-39, включенных между входа0 ми распределителя и логическими схемами И 31-33, логическую схему НЕ 40 и ИЛИ 41, входы логической схемы ИЛИ 41 связаны с двумя выходами делителя 18 частоты прямо, а с двумя другими - через ло5 гические схемы И 42 и 43, вторые входы которых связаны с выходами триггера селекторных импульсов ТСИ, выходы схемы ИЛИ прямо и через инвертор НЕ 44 связаны соответственно с вентилями 7 и 6 силовой схемы.

0 Генераторы опорного 19 и модулирующего 20 напряжений генерируют соответственно треугольное и синусоидальное напряжения, аппрокЬимированнь1е прямоугольно-ступенчатыми функциями, полученными

5 путем суммирования на сопротивлениях импульсов с соответствующими весами. Переключатель 21 кратности содержит на входе измерительное устройство, селектор импульсов по длительности, связанный с блоками увеличения и уменьшения кратно0 сти (триггеры), которые связаны с блоком переключения опорного напряжения (ключевые схемы), выходы которого связаны с вторыми входами блоков увеличения и умень- щения кратности и с генератором опорного напряжения. Компараторы 24 и 25

5 представляют собой схемы сравнения на операционных усилителях. Датчик 22 циклов выполнен на регистре сдвига на щесть. Распределитель 27 импульсов содержит только стандартные логические ячейки типа И, ИЛИ, НЕ.

Способ преобразования постоянного напряжения в трехфазное с использованием трехфазного инвертора напряжения в режиме синусоидальной щиротно-импульсной модуляции осуществляется следующим об5 разом.

Период выходного напряжения преобразователя разбивается на щесть интервалов в точках пересечения трехфазного синусоидального напряжения (фиг. 4а). Если задать формулу модулирующего напряже0 ния только на одной щестой части периода во всех трех фазах (кривые X, Y, Z на первом интервале, фиг. 4а), то напряжение на остальных участках может быть получено путем циклической перестановки через одну щестую часть периода кривых

5 Z, Y, X.

В действительности кривая модулирующего напряжения синусоидальной формы в явном виде не синтезируется из указанных участков, а прямо использует два модулирующих напряжения формы Z и (-Y) (фиг. 46). Ступенчатая аппроксимация этих кривых позволяет легко генерировать методом суммирования импульсов равной длительности.

Опорное напряжение треугольной формы также получается путем его прямоугольно-ступенчатой аппроксимации, причем частота его кратна частоте интервалов модулирующего напряжения, что обеспечивается запуском генератора опорного напряжения модулирующего напряжения (фиг. 1) от одного задающего генератора 17 через делитель 18 частоты с различными коэффициентами деления для двух указанных генераторов. При этом коэффициент деления частоты для запуска генератора модулирующего напряжения остается постоянным, а коэффициент деления частоты для запуска генератора опорного напряжения меняется, так как из трех постоянно имеющихся опорных напряжений генератора ГОН, получаемых при запуске их от 1-3, 2-4, 3-5 младщих разрядов делителя частоты (при восьми ступенчатых на ход пилы), в каждый момент используется только одно. Для этого длительность периода опорного напряжения сравнивается в измерительном устройстве переключателя 21 кратности с двумя импульсами эталонной длины, отличающиеся в два раза. При увеличении (уменьшении) опорного напряжения по сравнению с длительностью максимального (минимального) эталона срабатывает блок увеличения (уменьшения) кратности, который через блок переключения опорного напряжения подключает к выходу ГОН то опорное напряжение из имеющихся, которое имеет мень- щую (больщую) длительность периода, т.е. больщую (меньщую) кратность.

На интервалах превышения модулирующих напряжений над опорным вырабатываются две последовательности прямоугольных импульсов Z и у на выходах компараторов 24 и 25 (фиг. 4в,г), после обработки которых логической схемой ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 получается третья последовательность импульсов (z-у) (фиг. 4д).

Распределение импульсов трех последовательностей по вентилям осуществляется в соответствии с логикой формирования трехфазных синусоидальных напряжений, отображенных в таблице (фиг. 3). Здесь индексы А, В, С у номеров вентилей 4 и 5 означают принадлежность этих вентилей к соответствующим фазам. Для управления этим распределением вырабатываются в шести каналах датчика 22 интервалов цикло- импульсы длительностью в интервал, сдвинутые в каждом канале на интервал по отношению к соседним каналам и имеющие период повторения выходного напряжения (фиг. 4с, цикло-импульс первого канала, соответствующий первому циклу).

Также для целей управления распределением вырабатываются селекторные импульсы в блоке 23, соответствующие интервалам превышения модулирующего напряжения Y над модулирующим напряжением Z (фиг. 4ж), что соответствует первой половине цикло-импульсов. При аппроксимации модулирующего напряжения восемью ступенями за цикл импульс запуска триггера 23

берется с делителя 18 частоты на два двоичных разряда правее, т.е. с шестого разряда D4, чем импульсы запуска для генератора 20 модулирующего напряжения.

Распределение импульсов по вентилям инвертора рассмотрим для алгоритма несим5 метричного управления мостом, когда на вентили 4 и 5 (фиг. 1) одного плеча моста фазы ИНА подаются модулированные последовательности импульсов (фиг. 4з, и соответственно) а на вентили 6 и 7 другого плеча моста - немодулированные импульсы

(фиг. 4к,л соответственно).

В первом цикле напряжение в фазе А нагрузки должно формироваться в соответствии с модулирующим напряжением

5 поэтому на вентиль 4 проходят импульсы управления из последовательности z (фиг. 4в), это обеспечивается схемой И 28 и схемой ИЛИ 36 распределителя 27 импульсов (фиг. 3). Тогда напряжение на нагрузке 12 фазы 3 А будет иметь вид положитель0 ных импульсов (фиг. 4м) в моменты одновременного включения вентилей 4 и 8. На вентиль 5 при этом подаются импульсы управления (фиг. 4) и соответствующие инверсии (с помощью схемы НЕ 40) импульсов управления вентилем 4, что при вклю5 ченном вентиле 8 обеспечивает формирование нулевых пауз в выходном напряжении. Во втором цикле напряжение в фазе А нагрузки должно формироваться в соответствии с модулирующим напряжением Y, поэтому на вентиль 4 проходят импульсы управления из последовательности у (фиг. 4г), Это обеспечивается схемой И 29 и схемой ИЛИ 36 распределителя 27 импульсов (фиг. 3). На вентиль 5 идут инверсные импульсы вентиля 4.

В третьем цикле напряжение в фазе А нагрузки должно формироваться в соответствии с модулирующим напряжением У, но независимой последовательности импульсов, соответствующего этому напряжению, не формируется. Вместо нее сформи0 рованы путем операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ последовательность импульсов (z-у), импульсы которой проходят на вентиль 4 в течение первой половины третьего цикла через схему И 30 и схему ИЛИ 36. Во вторую половину третьего цикла на вентиль

4 подаются импульсы управления от инверсии схемой НЕ 37 этой последовательности, T.e.Vz- у через схему И 31 и схему ИЛИ 36.

0

5

При этом в случае нагрузки в виде асинхронного двигателя в токе двигателя будут отсутствовать составляющие нулевой последовательности, что обеспечивает улучшение использования инвертора и двигателя.

Формула изобретения 1. Способ преобразования постоянного

Подобным образом распределяются в соответствии с таблицей (фиг. 3) импульсы управления на вентили 4 и 5 и в остальных (IV-VI) циклах, таким же путем управляются и соответствующие вентили 4 и 5 двух других фаз ИНВ, ИНС, что обеспечи- вает формирование и двух других фаз (фиг. 4н,о) трехфазной системы выходных напряжений наряду с напряжением фазы А (фиг. 4м).

Таким образом, на четырех циклах в 10 напряжения в трехфазное переменное для каждой фазе напряжение формируется не-питания электрически не связанных нагрузависимо от других фаз (для фазы А этозок, заключающийся в том, что формируют

циклы I, II, IV, V), а в двух циклах - напряжение нагрузки каждой фазы трех- зависимо от напряжений двух других фазуровневым путем подключения нагрузки к

(для фазы А это циклы III и VI). В каждомисточнику постоянного напряжения в прямой

цикле всегда две фазы инвертора управля- 15 „ обратной полярностях и замыкания на- ются независимо от других фаз, а третьягрузки, отличаюи{ыйся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения путем получения сбалансированного трехфазного напряжения, напряжение двух веду- 20 Щих фаз формируют по заданному закону, а напряжение третьей ведомой фазы формируют в зависимости от напряжения ведущих фаз, а именно при разнополярных напряжениях или нулевом напряжении ведущих фаз в ведомой фазе формируют нулеуправления (и соответственно импульсов 25 вое напряжение, при нулевом напряжении напряжения на фазах нагрузки) в двух не-в одной из ведущих фаз и ненулевом

фаза управляется зависимо (от последовательности (z-у) от состояния двух независимых фаз так, чтобы обеспечить выполнение равенства

UA+ UB+UC О

т.е. получить сбалансированное трехфазное напряжение, к тому же симметричное по фазам. Практически это обеспечивается тем, что при наличии хронирующих импульсов

зависимо работающих в данном цикле фазах, хронирующие импульсы управления в третьей (зависимой) фазе отсутствуют (значит н напряжение третьей фазы равно нулю). А при отсутствии напряжения в одной из независимых фаз напряжение в зависимой фазе устанавливается (с помощью хронирующей последовательности z-у) противоположным по знаку имеющемуся напряжению во второй независимой фазе.

30

напряжении в другой ведущей фазе напряжение ведомой фазы формируют противоположной полярности напряжению ведущей фазы,

При этом в случае нагрузки в виде асинхронного двигателя в токе двигателя будут отсутствовать составляющие нулевой последовательности, что обеспечивает улучшение использования инвертора и двигателя.

Формула изобретения 1. Способ преобразования постоянного

ряжения в трехфазное переменное для ания электрически не связанных нагру0

напряжении в другой ведущей фазе напряжение ведомой фазы формируют противоположной полярности напряжению ведущей фазы,

Фи.2

I Ж Ж си d си

и U LJIIIILJ и F

1риг.