Способ управления трехфазным инвертором напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления вентильными преобразователями на базе автономных инверторов напряжения.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения инвертора.

На фиг.1 изображена упрощенная электрическая схема соединений основных вентилей трехфазного одномостового инвертора, выполненного на двухоперационных тиристорах; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие алгоритмы формирования управляющих сигналов в соответствии с предложенным способом; на фиг.З - кривая зависимости значений коэффициента К от .числа п (от количества отрезков, на которые

разбиваются тактовые интервалы); на фиг.4 - функциональная схема системы управления; на фиг.5 - диаграмма работы системы управления; на фиг.6 - спектральные характеристики выходного напряжения преобразователя при регулировании (стабилизации) амплитуды первой гармоники.

Временные диаграммы, нумерация которых совпадает с нумерацией элементов схемы, представленные на фиг.2 и включающие циклограммы зон управления вентилей +А, +В. +С и кривые линейного выходного напряжения инвертора UAB и UBC иллюстрируют вариант закона управления для п-3. при котором для каждого основного вентиля внутри зон проводимости и закрытого состояния центральные шестидесятиградусК ч о

ю

VJ

ные интервалы от 60 до 120 эл.град. и от 240 до 300 эл.град, разбиваются на три равных отрезка по 20 эл.град. каждый (показаны на фиг.2 дугами), в крайней правой части каждого из которых формируются основные паузы и участки проводимости с продолжительностью А, изменением которой регулируется (или стабилизируется в случае изменения питающего напряжения) величина выходного напряжения инвертора. Одновременно на крайних участках зон проводимости и закрытого состояния вентилей, на

интервалах (0-30, (150 - i - 180, 180-210

и (330 - -)

360 эл.град. формируются дополнительные паузы и участки проводимости, количество которых внутри каждого из упомянутых интервалов определяется в обп + 1 щем виде для нечетных п как --- и для

четных п как

f (так,

при на каждом

интервале формируется по 2 дополнительных сигнала). Координаты ближних к границам полупериодов (к точкам 0 и 180 эл.град) фронтов по счету от указанных границ дополнительных сигналов управления на интервалах 0-30 и 180 - 210 эл.град. находят соответственно из соотношений

Ш иП80+т Л)3эл.гРад.ПРи

ближние фронты первых по счету дополнительных импульсов (I 1) определяются в этом случае как 0 и 180 эл.град., а абсциссами фронтов вторых по счету дополнительных сигналов являются значения 20 и 200 эл.

ГРЭА АА

На интервалах (150 -1)- 180 и (330 - J) - 360 эл.град. положение ближних к границам полупериодов фронтов i-x по счету дополнительных пауз и зон проводимости определяются в соответствии с выражениями 180 ),rPaA.

и при п 3 местоположения указанных фронтов, выраженные в эл.град., соответственно равны (160- А), (180 - А), (340 - А) и (360 - А). Продолжительность у всех отмеченных дополнительных пауз и интервалов определяется из функциональной зависимости у К х

fin

х (- - А) эл.град. и , при п 3, у К (20 - А) эл.

град. Величина безразмерного коэффициента К при этом выбирается для каждого конкретного значения п в соответствии с данными, приведенными на фиг.З и характеризующими номинальную зависимость Кот п, рассчитанную исходя из условия обеспечения

близкого к оптимальному спектрального состава выходного напряжения инвертора. В частности, выбором указанных значений К в области повышенных величин выходного

напряжения инвертора (в области близких к нулю А) достигается практически полное исключение из спектра пятой гармоники напряжения и значительное снижение амплитуды седьмой глармонической составляющей. Для

анализируемого варианта (п 3) в соответствии с фиг.З К 0,253, а с ростом п значения К асимптотически приближаются к величине 0,268. ,

Структура системы управления трехфазным инвертором, реализующей описанный способ управления применительно к варианту п 3, приведена на фиг.4.

В состав устройства управления входят генератор тактовых импульсов 1, частота следования выходных импульсов которого, поступающих на вход генератора развертки 2, в 12 раз превышает выходную частоту преобразователя. Источники опорного 3 и управляющего 4 напряжений связаны

с входами сумматоров 5-7 и суммирующего усилителя 8 с коэффициентом передачи 2К, выходной сигнал которого пропорционален величине параметра у. Выход усилителя 8 присоединен к входам сумматора 9-11, вторые входы которых связаны соответственно с выходами сумматоров 7, 5 и 6. Сигналы с выходов всех сумматоров непрерывно сопоставляются в компараторах 12-17 с текущими значениями симметричного развертывающего напряжения U2 генератора 2. В моменты равенства указанных сигналов выходные формирователи каждого из компараторов, включающие, как показано для компараторов 13 и 15, логический инвертор

18, дифференциатор 19, инвертор 20, дифференциаторы 21-22 генерируют командные импульсы на формирование фронтов управляющих сигналов, которые через дизъ- юнктор 23, регистр 24 дизъюнкторы 25-27

поступают на входы счетных триггеров 28- 30 и вызывают их периодическое срабатывание (см.сигналы U28, , 1)зо на фиг.5). Выходы триггеров 28-30 подключены к соответствующим информационным входам

логического распределителя управляющих импульсов 31.

Одновременно сигналы с выхода дифференциатора 19, входящего в состав инверсного выходного канала компаратора 13,

и с выхода дифференциатора 20, относящегося к прямому выходному каналу компаратора 15, через дизьюнктор 23 поочередно поступает на вход четырехразрядного регистра 24, последовательность выходных состояний разрядов QA, Оз, 02. Qi которого на периоде выходной частоты инвертора записывается как 1000, 1001, 0010, 0011, 0000, 0001,1010.1011,1100,1101,1110,1111. Подобное подключение входа регистра 24, выходы разрядов которого присоединены к соответствующим тактовым входам распределителя 31, обеспечивает требуемый фазовый сдвиг основной и дополнительной последовательностей сигнала управления каждого вентиля инвертора в процессе регулирования величины выходного напряжения. Логические функции, реализуемые распределителем 31, имеют следующий вид:

-А 040з02О1 U29 + Q4 бз 02 Qi +

+ Q4 Q3 02 Of U30 + 04 Оз 02 01 U29 + + 02 U28 + Оз U 28 + 04 Qi U29 +

+ 04 .Оз 02 Qi U29 + 04 От изо;

+ В 04 U29 + 04 02 01 +

+ Q3Q2Q1 0201 О29+

+ U2 U28 + 04 03 02 U28 + 04 О +

+ 1)29 + 04 0.3 02 Qi U29 + 04 01 U30,

+ С Оз 02 Qi Ом + Оз Q2 Qt +

+ 04 02 Q4 U30 + Q4 02 01 U29+

+ Q2U28+Q3 U28 + Q4Q3Q1 U29 +

+ 04 03 Qi U29.+ Q4Q2QlU30,

Таким образом, осуществление небольшого числа дополнительных переключений вентилей инвертора, производимое в соответствии с описанным алглоритмом, позво- ляет заметно улучшить гармонический соетав выходного напряжения инвертора за счет значительного снижения амплитуд паразитных гармоник спектра, близких к основной. Это подтверждается построенной на фиг.6 спектрограммой (зависимостью приведенных к напряжению Е источника питания амплитуд гармонических составляющих линейного выходного напряжения от относительной величины первой гармони- ки) для варианта п 3 применительно к предложенному способу управления (сплошные линии) и к способу-прототипу (пунктирные линии). Подобное улучшение спектра выходного напряжения инверторов напряжения позволяет, в частности, существенно уменьшить параметры выходных реактивных фильтров регулируемых или стабилизированных вентильных преобразователей на базе АЙН с постоянной выход-

ной частотой и способствует улуч шению тех- нико-экономических показателей преобразовательных систем в целом.

Формула изобретения Способ управления трехфазным инвертором напряжения, заключающийся в том. что основные вентили разных фаз инвертора периодически включают и выключают с взаимным фазовым сдвигом в 60 эл.град., при этом для каждого вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл.град. формируют зону проводимости, в течение другого полупериода от 180 до 360 эл.град. формируют зону закрытого состояния, тактовый интервал зоны проводимости от 60 до 120 эл.град. и тактовый интервал зоны закрытого состояния от 240 до 300 зл.град. разбивают на п участков равной длительности, в крайней правой части каждого из которых формируют соответственно основные паузы и участки проводимости одинаковой длительности, равной А, отличающийся тем, что, с целью улучшения спектрального состава выходного напряжения инвертора, для каждого основного вентиля внутри интервала 0-30, (150- Я/2) - 180, 180-210 и (330-Я/2)-360 эл.град. формируют дополнительные паузы и участки проводимости, количество которых внутри каждого из указанных интервалов равно п/2 для четных п и п + 1/2 для нечетных п, при этом местоположения ближних к границам полупериодов фронтов i-x по счету дополнительных пауз и участков проводимости на интервалах 0-30 и 180 - 210 эл.град. определяют соответственно из соотношений 60 (i - 1)/п и (180 + 60 (i - 1)/п) эл.град., на интервалах (150- Я/2) - 180 и (330 - Я/2) - 360 эл.град. положение ближних к границам полупериодов фронтов находят в соответствии с соотношениями 180 - 60 (I - 1)/п -Я и 360 - - 60 (I - 1)/п - Я эл.град., а длительность у всех дополнительных пауз и участков проводимости определяют из функциональной зависимости у К (60/п - Я) эл.град., где численное значение коэффициента К выбирают в соответствии с зависимостью К от п, приведенной на фиг.З.

+ О

ЮТ

5

+с

-А

11111

V -да

л

гг°

,

с

JLJ

Л.

UAB

U U U

ол-03t0,168

г ъ ч 5 6

-в

-с

т

Фиг.1

3Pq« 9

И

п

nntt

U ITU LJ

й«2

Н11Н7 8 9 10 П 12 Фиг.3

/г

Фиг.1+

0.5 0,6 Фиг. 6

0,7 0,8 0,9

1,0