Способ управления трехфазным мостовым инвертором Советский патент 1990 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении регулируемых источников вторичного электропитания (ИВЭП) для электропривода или стабилизированных автономных централизованных систем электроснабжения, в тех случаях, когда выдвигаются требования к качеству преобразованной электроэнергии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей инвертора, обеспечение регулирования выходного напряжения наиболее эффективным способом ШИР и улучшение его спектральных характеристик за счет ШИМ, осуществляемое путем амплитудно-импульсной модуляции 2-го рода с глубиной модуляции,равной двум простейшим разночастотным сигналам прямоугольной формы без использования сигналов в аналоговом виде.

На фиг. 1 представлен трехфазный мостовой инвертор; на фиг. 2 - необходимые промежуточные сигналы, а также сигналы управления ключами инвертора, сформированные в соответствии

СП

со

4Ь

ч

с предлагаемым способом управления и форма выходного (фазного) напряжения инвертора; на фиг. 3 - принципиальная схема устройства для управления трех- фазным мостовым инвертором, реализующая предлагаемый способ управления при на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства

Принцип формирования последова- тельностей управляющих импульсов ключами 1-6 инвертора (фиг. 1) по предлагаемому способу поясняется временными диаграммами (фиг. 2), где: U - переменный высокочастотный сигнал частоты f, (период Т(); Uj - модулирующий прямоугольный сигнал частоты ftf (период Тм).

В соответствии с известным способом формирование квазисинусоидально- го сигнала управления производят методом АИМ второго рода с глубиной модуляции равной двум,по периодическому линейно изменяющемуся закону на интервалах длительностью п /п в обе стороны от точек 0 и fr перехода основной гармоники результирующего сигнала UF через ноль. Соответственно на интервале 1Г/п- п-1)/п сигнал Up имеет положительную (или открыва- ющую соответствующий ключ инвертора на фиг. 1) полярность, и на интервале fr (n+l)/n-/iT(2n-l) /n - отрицательную (или закрывающую ключ) полярность. Чтобы обеспечить регулирование выходного напряжения инвертора UBbj)формируют дополнительную последовательность регулировочных импульсов с изменяемой длительностью о(. -U (пауз U), эту последовательность формируют с частотой одного из высокочастотных сигналов (например, с частотой Ј сигнала U| ( ). Уменьшение величины U6bl)t обеспечивается за счет более раннего момента переключения изменения потенциала регулировочной последовательности импульсов U от О до максимального значения (фиг.2), а момент возврата в исходное состояние сохраняют неизменным, совпадаю- щим с фронтом переключения сигнала U f . В соответствии с сигналом U на подынтервале ( /6) проводимости каждого управляющего сигнала ключами 1-6 инвертора (например, и ,на фиг. 2) осуществляют дополнительные по сравнению с сигналом U P выключения ключа, а на подынтервале З я/б-Т й /б в соответствии с сигналом

0 Q 5 Q

5

U - дополнительные включения этого ключа.

Кроме того, на подынтервале 1Г/2- 51Г/6 в соответствующие моменты, определяемые последовательностью U, также производят дополнительные выключения ключей 1-6 мостового инвертора.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа управления трехфазным мостовым инвертором на примере формирования сигнала управления 1 ключом 1. Высокочастотньй сигнал UЈ модулируется высокочастотным сигналом U.J. . При совпадении полярности данных сигналов результирующий сигнал Up имеет положительную полярность, а при их несовпадении - отрицательную. В результате на интервалах проводимости -(& /n)- fr-/n и 1V(n-l)/n-1r(n-H)/n каждого ключа будет сформирован управляющий сигнал, средняя линия которого линейно возрастает и убывает. На интервалах проводимости Г/п-/|Г(п-1) / /п и1Г(п+1)(2п-1)/п сигнал U.j.) выпрямляют соответственно с разной полярностью. Таким образом, будет сформирован сигнал UF с ШИМ по трапецеидальному з акону.

На интервале проводимости (- «76)- ь/6 в соответствии с сигналом U осуществляют дополнительные выключения ключа 1 инвертора, причем эти выключения обладают приоритетом по сравнению с сигналом управления Up. Они могут либо полностью, либо частично нейтрализовать отпирающие импульсы сигнала UF (например, сигнал U( на интервале -ТГ/б- нУб) по сравнению с сигналом f F так, что длительность открытого состояния ключа 1 на указанном подынтервале (-7/6)-7/6 уменьшается. На подынтервале IT/6- /2 фрагмент сигнала U, совпадает с соответствующим фрагментом сигнала Up. В соответствии с последовательностью U на интервале проводимости К/2- (п-1)/п также обеспечивают дополнительное выключение ключа 1, каждое заданной длительностью . В зависимости от величины п, определяющей длительность зоны ШИМ сигнала управления каждым ключом, они могут также налагаться на импульсы (паузы) последовательности Up и иметь определяющее значение, т.е. запирать данный ключ инвертора независимо от полярности сигнала Up.На интервале

проводимости З /б-УТГ/б в соответствии с последовательностью U наоборот осуществляют дополнительные включения ключей инвертора по сравнению с их состоянием, определяемым сигналом U (при(). Следует отметить, что общее число переключений ключей 1-6 инвертора по сравнению со случаем

35

увеличивается минимально. Это CBH-JQ Q LTn+Og-F2; на выходе элемента ЗИ-НЕ зано с выбором вида последовательное- элемента ЗИ-НЕ 35 и„- ти регулировочных импульсов U, a именно тем, что один из фронтов этих импульсов совпадает с фронтом последовательности Uf и при их наложении число переключений ключей на интервалах (-Т/6)-7г/6 и 5Г/6-7Т/6 не увеличивается, а только изменяется момент их

и наконец на выходе элемента 2-ЗИ-ИЛИ 37 Vt -A-iyj Q oi.

Устройство для управления трехфаз- 15 ным мостовым инвертором работает следующим образом.

Сигнал U7 (фиг. 4) с выхода задатчика 7 частоты поступает на входы делителей 8-10 частоты и обеспечивает 20 синхронизацию работы всех узлов устройства. На выходах триггеров 11 и 12 формируют сигналы U,, Uw частоты fM, сдвинутые на угол Т/2 относительно друг друга, а на выходе делителя 9

включения или выключения.

Устройство (фиг. 3) для управления трехфазным мостовым инвертором (фиг. 1), реализующее предлагаемый способ управления, например, при содержит задатчик 7 частоты, три делителя 8-10 частоты, первый 8 из которых выходом подключен к входу двух канапьного распределителя на двух 1-К-триггерах 11-12, включенных по схеме с перекрестными связями. Выход второго делителя 9 частоты, а также I-К-триггеров И и 12 подключены к входам трех формирователей 13-15 узких импульсов. Выходы последних через два элемента 2ИЛИ 16 и 17 связаны со счетными входами двух Т-триг- геров 18 и 19. Выход третьего делителя 10 частоты подключен к входу шес- тиканального распределителя импульсов на шести 1-К-триггерах 20-25, с перекрестной связью (выход Q6 триггера 25 связан с входом К, а выход Qg - с входом I триггера 20). Модулятор 26 ширины импульсов связан с задатчиком 7 частоты через один из делителей 8-9 частоты (на фиг. 3-е делителем 9). Выходы F, , F триггеров 18 и 19, выход oi модулятора ширины импульсов 26 и выходы ,- Q6,6 триггеров 20-25 подключены к входам шести идентичных логических узлов 27-32. Выходы А, А, В, В, С, С этих узлов 27-32 через усилительно- развязывающий узел (не показан) связаны с соответствующими входами ключей 1-6 инвертора (фиг. 1). Возможный вариант исполнения логического узла (например 27, предназначенного для формирования управляющего сигнала А) выполнен содержащим элемент

2И-НЕ 33, два элемента ЗИ-НЕ 34 и 35, элемент 2-2И-ИЛИ 36 и элемент 2-ЗИ- ИЛИ 37. Связи между указанными триггерами 18 и 19 и 20-25 модулятором 26 и входами логического узла 27 определяются логическими выражениями; на выходе элемента 2И-НЕ 33 , ; на выходе элемента 2-2И-ИЛИ 36 U36

35

Q LTn+Og-F2; на выходе элемента ЗИ-НЕ элемента ЗИ-НЕ 35 и„-

и наконец на выходе элемента 2-ЗИ-ИЛИ 37 Vt -A-iyj Q oi.

Устройство для управления трехфаз- ным мостовым инвертором работает следующим образом.

Сигнал U7 (фиг. 4) с выхода задат Q LTn+Og-F2; на выходе элемента ЗИ-НЕ элемента ЗИ-НЕ 35 и„-

чика 7 частоты поступает на входы делителей 8-10 частоты и обеспечивает синхронизацию работы всех узлов устройства. На выходах триггеров 11 и 12 формируют сигналы U,, Uw частоты fM, сдвинутые на угол Т/2 относительно друг друга, а на выходе делителя 9

частоты - сигнал U частоты

f, . После

формирования узких импульсов - фронтов сигналов U9, U, Utl при помощи формирователей 13-15 и логического сложения соответственно сигналов IL+Uj, и ,,, осуществленного посредством элементов 2ИЛИ 16 и 17, последовательности импульсов U,6 и U17 поступают на счетный вход Т-триггеров 18 и 19. Выходные сигналы U, U(9(F,,

F соответственно) представляют собой фрагменты управляющих сигналов, а именно линейно изменяющиеся участки на интервалах (-Т/б)- « /6 и -7Т/6 проводимости. Коэффициент деления третьего делителя частоты 10, а также число каналов (число триггеров 20-25) распределителя определяются числом п (длительностью зоны п7п). Сигнал U2,(txL) с выхода модулятора 26 ширины импульсов, также как и сигналы , ...Qg,Q6) подают на входы логических узлов 27-32.

50

Внутренние связи между элементами логических узлов 27-32 можно описать следующими логическими выражениями, однозначно определяющими форму выходных сигналов и27-и 1:

(Q, QFF, +QsFe )Q2Q+elQ4Qect+QaQ4ot; (Q, , +QsF4)QeQ«etQ4Q6et+Q UЈ,B(Qs(hF, +Q, Fa )(+Q 6Cb« (, QaoCQ rf.+Qe.G..;

4rC(Q;Q1F+Q1F),

подаче на управляющие входы ключей 1-6 инвертора сформированных ц результате необходимых логических операций последовательностей управляющих импульсов на выходе последнего формируется трехфазное переменное регулируемое по величине напряжение Uawr В общем случае п (угла наклона боковой линии трапеции - средней линии сформированного сигнала с ШИМ) оно описывается выражением

Изобретение относится к области электротехники (преобразовательной технике) и может быть использовано при разработке асинхронного электропривода, управляемого от автономного инвертора, а также централизованных источников электропитания с регулируемыми (или стабилизированными) параметрами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Способ управления трехфазным мостовым инвертором заключается в том, что формируют шесть сдвинутых на угол φ/3 последовательностей управляющих импульсов. В соответствии с ними на интервалах проводимости -φ/N - φ/N и φ(N - 1)/N - φ(N + 1)/N осуществляют переключения ключей инвертора по линейно изменяющемуся закону ШИМ. В отличие от известного способа управления на подинтервалах и -φ/6 - φ/6 и *98/2 - 5φ/6 осуществляют дополнительные выключения, а на подинтервале 5φ/6 - 7φ/6 - дополнительные включения ключей. Регулирование величины выходного напряжения инвертора осуществляют за счет более раннего момента переключения ключей в указанных подинтервалах. 4 ил.

где К - любое число больше 0, при1 переменная 6К±1 принимает зна- ение равное 1, а при остальных зна- ениях К она имеет два значения (на- Пример, при 6 и 7), а - це- jjtoe число, ближайшее меньшее удовлетL с N«(N+1) форяющее неравенству а е с 6-ТТУ- ,

r w

изменяется от 0 до N/2.

Таким образом, предлагаемый способ правления трехфазным мостовым инвер- jropoM позволяет осуществить регулирование методом ШИР выходного напряже- ия с ШИМ. Ключи инвертора при этом Переключаются минимально возможное число раз, что позволяет получить оп- |гимальные энергетические показатели. Качество выходной электроэнергии при предлагаемом способе управления Определяется величинами п, N и oi (Величины в и N задают параметры средней линии выходного напряжения с ШИМ, изменяют параметры спектра U6b(X. С увеличением N, высшие гармоники спект pa U имеющие наибольшее относительное значение, смещаются в высокочастотную область, что облегчает возможность их фильтрации. Это особенно видно при анализе такого частотноза- висимого показателя преобразованной электроэнергии как коэффициент гармоник выходного тока Kr(i). Так при п. и Kj,(i)0,079 приоГ 0 при 6t«0,2dMatt K|(i)0,118, а npHoi 0, (i) 0,191. При увеличении N до 6 и том же значении п, в первом случае , во втором - К (i)« «0,059, а в третьем - i)0,092. Полученные результаты вычислены при угле нагрузки «20°. Очевидно, что с увеличением N качество выходной электроэнергии улучшается. По сравнению с известным 180 -градусным алгоритмом управления, трехфазным мостовым инвертором, при тех же значениях оЈ и If K r(i)0,12, K(i)0,215, K| (i) 0,26. Как видно, предлагаемый способ управления позволил уменьшить величину коэффициента гармоник тока при (на 35-70%) и особенно существенно в процессе широтно-импульс- ного регулирования напряжения, сформированного при помощи метода ШИМ (в среднем на 45-70%).

Предлагаемый способ управления может найти применение при проектировании регулируемых по напряжению ИВЭП для электропривода переменного тока особенно используемых на автономных объектах, где особенно важны массога баритные показатели устройства, а таже при построении централизованных систем электроснабжения в тех случаях, когда выдвигаются жесткие требовния к качеству преобразованной электроэнергии.

Формула изобретения

Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что формируют шесть идентичных, сдвинутых на угол последовательностей управляющих импульсов частоты F, и подают их на управляющие входы ключей инвертора, причем на интервалах It /n-IT/2 осуществляют их постоянно открытое состояние, на интервалах и(п-Н)п - - ft (n-t-2)/n их закрытое состояние, а на интервалах (-ir/tO-IT/ii и 1Г(п-1) /п-(п+1 )/п осуществляют переключение ключей, причем каждую из шести идентичных, сдвинутых на угол 1Г/3 последовательностей управляющих импульсов частоты F для осуществле9153

ния указанного переключения ключей формируют путем амплитудно-импульсной модуляции второго рода с глубиной модуляции, равной двум,переменного сигнала частоты f4 сигналом прямоугольной формы частоты fM .значение частот упомянутых сигналов задают

равным f,FnN/2 и , +nF/2, где п - любое число, выбранное из неравенст- ва , a N - любое целое число, не меньше двух, отличающий- с я тем, что, с целью расширения

U.

- л S 5 б ° В п

1

10

функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования величины его выходного напряжения, формируют две дополнительные противотактовые последовательности управляющих импульсов с частотой f, и длительностью об, изменяющейся , причем на подынтервалах (-Т/6) и -5 if/6 осуществляют дополнительное закрытое состояние ключей, а на подынтервалах З н /б-У нУб - дополнительное открытое состояние ключей.

ЯЈЦ5х х Л J L 6

Е

Фаг. 3

Я

/а

в в

-30252 SjjS 6 ° 6 з 2 66

Фиг. 4

2x