Способ управления инвертором Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока.

Цель изобретения - улучшение качества выходного тока инвертора.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства управления инвертором напряжения, реализующая способ; на фиг.2 - силовая схема инвертора напряжения; ха фиг.З - эпюры токов и напряжений в силовой схеме и системе управления инвертором напряжения; на фиг.4 - схема блока определения полярности, формирующая импульсы, по длительности соответствующие времени протекания тока нагрузки, при котором пульсации тока не касаются нулевой линии; на фиг.5 - эпюры токов и напряжений, поясняющие принцип работы этого блока.

Устройство содержит генератор 1 модулирующего сигнала (в данном случае трехфазный генератор модулирующего сигнала - ГМС), подключенный первым выходом к вычитающему узлу 2, к второму входу которого подключен выход силовой схемы инвертора, выход вычитающего узла 2 связан с интегратором 3 и компараторами 4 и 5, вторые входы которых связаны с вторыми выходами ГМС 1. Выход интегратора 3 связан с компараторами 6 и 7, на второй вход которых подается пороговое напряжение Un 0. Выходы компараторов 4-7 через триггеры 8 и 9, блок 10 определения полярности, элементы НЕ 11 и 12, элементы И 13 и 14, триггер 15, элементы И 16-25 и элементы ИЛИ 26-29 связаны с силовыми ключами 30-33.

Инвертор напряжения (фиг.2) включает в себя ключи 30-33, выполненные на тиристорах с полным управлением, вентили 34- 37 обратного тока, фазу 38 нагрузки, датчик 39 тока нагрузки. Обведенный пунктиром блок 40 представляет одну фазу инвертора. Две другие фазы 41 и 42 выполнены аналогично.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение на нагрузке формируется методом широтно-импульсной модуляции (фиг.Зб). При формировании положительного импульса на нагрузке включаются ключи 30 и 33 или диоды 34 и 37. Отрицательные импульсы на нагрузке образуются включением ключей 31 и 32 или диодов 35 и 36.

Нулевое напряжение на нагрузке при положительной полуволне тока нагрузки формируется путем включения вентиля 30 и диода 36, а при отрицательной - соответственно вентиля 31 и диода 37.

На участках вблизи перехода тока через ноль, когда ток нагрузки имеет знакоперен- ный характер, осуществляется двуполярная широтно-импульсная модуляция. При токе

нагрузки, имеющем только один знак, формирование напряжения производят методом однополярной широтно-импульсной модуляции.

Генератор 1 модулирующего сигнала

0 (фиг.2) вырабатывает сигнал а, определяющий форму выходного тока. На фиг.За в качестве примера приведен синусоидальный сигнал для управления одной фазой инвертора, на примере которой рассмотрен прин5 цип работы системы.

Работа двух других фаз происходит аналогичным образом,

В узле 2 (фиг.1) модулирующий сигнал 3 вычитается из сигнала обратной связи, про0 порционального току нагрузки н. Разностный сигнал ig. (фиг.Зг) поступает на компараторы 4 и 5 (фиг.1) и сравнивается с пороговыми уровнями ini и in2, которые поступают из блока 1. Пороговые уровни по5 вторяют по форме напряжение з, но имеют

постоянную амплитуду и не меняются при

изменении величины 3. В момент равенства

is величина порога 1П1 срабатывает компара тор 4 и импульс с его выхода переводит

0 триггер 8 в такое состояние, при котором снимается управляющее напряжение с ключа 30, и, наоборот, переводит триггер 9 в такое состояние, при котором с выхода триггера 9 поступает управляющее напряжение

5 на включение ключа 31. Импульсы с выхода триггеров 8 и 9 показаны на фиг.Зж.д.

На вторые входы триггеров 8 и 9 поступают импульсы с -компараторов 6 и 7, наi вход которых поступает интегрированное

0 интегратором 3 (фиг.Зг) напряжение lЈ. Причем компаратор 6 вырабатывает импульс при подходе интегрированного напряжения к нулевому уровню сверху, а компаратор 7 вырабатывает импульс при подходе интег5 рированного напряжения к нулевому уровню снизу.

Компаратор 5 срабатывает в моменты времени, когда напряжение itдостигает порога п2.Это является информацией о необ0 ходимости смены полярности импульсов напряжения на нагрузке. Импульсы с компаратора 5, проходя через элементы И 13 и 14, управляют триггером 15, импульсы с выхода которого Uf и L) (фиг.Зл.м) управляют

5 элементами 16-22 и 24 совпадения, через которые импульсы с триггеров 8 и 9 поступают на соответствующие ключи инвертора. Вторые входы элементов 13 и 14 управляются напряжением UQ+- и Uo- (фиг.Зд), вырабатываемым блоком 1. Положительный

импульс Uo+ соответствует положительной полуволне з, а отрицательный Uo- отрицательной.

Блок 10 вырабатывает импульсы, соответствующие по времени току нагрузки, ког- да он имеет в пределах такта один знак.

Согласно фиг.Зе ток нагрузки, начиная с моментов t2 и до t4 (фиг.Зн), не касается нулевой оси и протекает в положительном направлении, а начиная с ts и до t; только в отрицательном направлении. Задачей блока 10 является выработка импульсов, выделяющих эти интервалы времени (фиг.4 и 5).

Рассмотрим выделение интервала , т.е. время, когда ток нагрузки протекает в положительном направлении. Компаратором 43 вырабатываются импульсы (фиг.ба), соответствующие моментам отрицательных значений тока при положительной полувол- не is. Передним фронтом этого импульса запускается одновибратор 44, выдающий импульс (фиг.56), по длительности равный некоторому заданному минимальному интервалу тока в отрицательном направлении. Одновременно им пул ьс(фиг.5а) подается на узел 45 выделения заднего фронта (УВЗФ), и вырабатывается импульс, соответствующий заднему фронту (фиг.бв). Импульсы (фиг.5б,в) поступают на элемент 46 совпаде- ния, и вырабатывается импульс (фиг.Бг), ко- торый по времени соответствует последнему пересечению тока нагрузки нулевой линии. Этот импульс запускает триггер 47, на выходе которого появляется импульс Uo, сбрасывается триггер в момент времени, когда ток нагрузки снова коснется нулевой линии.

При отрицательной полуволне тока «3 аналогично работают элементы 48-52 (фиг.4). Здесь имеются компаратор 48, аналогичный компаратору 42, реагирующий только на положительные значения тока нагрузки, одновибратор 49 узел 50 выделения заднего фронта, элемент 51 совпадения, триггер 52, на выходе которого появляется напряжение Do .

На фиг.Зн,о,р представлены импульсы управления, соответственно, ключами 30- 33, которые вырабатываются в такой после- довательности, чтобы осуществить способ управления инвертором путем формирования кривой напряжения, изображенной на фиг.Зб. Период формирования кривой выходного тока инвертора можно разбить на интервалы времени, показанные на фиг.Зн.

Импульсы управления ключом 30 вырабатываются следующим образом. На интервале времени ti-t2 импульсы с выхода элемента 17 появляются в результате совпадения напряжений Ug.U ,Uo ; на интервале времени ta-ta импульсы с выхода элементов 17 и 16 появляются при совпадении напряжений Ua.U .Uo, на интервале времени - импульсы с выхода элемента 18 при совпадении напряжений Ug.U , инвертированное Uo .

Импульсы управления ключом 31 появляются на интервале времени t-q-ts с выхода элемента 20 при совпадении Ua,U,Uo7Ha интервале времени ts-te - с выхода элемента 20 и 21 при совпадении Ug,U,Uo , на интервале времени te-t. ti-ta -,c выхода элемента 22 при совпадении Us.U , инвертированное Uo .

Импульсы управления ключом 32 появляются на интервале времени с выхода элемента 22 при совпадении Ue.U, инвертированное Uo , на интервале времени ti-t2 - с выхода элемента 23 при совпадении Ue.Uo, инвертированное Uo .

Импульсы управления ключом 33 появляются на интервале времени с выхода элемента 24 при совпадении Ug,U , инвертированное Uo ; на интервале времени - с выхода элемента 25 при совпадении Ug.Uo, инвертированное Uo .

Изменение пороговых уровней 1П1 и П2 до нуля при переходе тока нагрузки через ноль приводит к тому, что и формирование пульсаций тока происходит с нулевых значений или близких к ним.

Это обеспечивает идентичность частот высокочастотных импульсов по всем фазам инвертора, так как неизбежная небольшая несимметрия каналов управления различных фаз не накапливается от полупериода к полупериоду. В результате добиваются исключения низкочастотных биений момента двигателя. Осуществляя включение ключей инвертора в моменты подхода интегрированного (с помощью дополнительно введенного интегратора) разностного сигнала при положительном модулирующем сигнале снизу, а при отрицательном - в моменты подхода интегрированного сигнала сверху к нулевому уровню, осуществляется контроль за средним значением на такте выходного тока.

Возможно регулирование первой гармоники тока нагрузки до нуля, так как при 13 0 в фазах нагрузки остаются только.зна- копеременные пульсации тока нагрузки со средним значением на такте и на полупериоде, равным нулю, так как напряжение на нагрузке такое как при двухполярной ШИМ. Это также улучшает качество выходного тока инвертора.

Формула изобретения

Способ управления инвертором напряжения, заключающийся в том, что формируют и подают импульсы управления на включение и выключение силовых ключей в заданном интервале периода выходного тока по выбранному закону широтно-импуль- сной модуляции (ШИМ) в моменты равенства разностного напряжения модулирующего сигнала и сигнала, пропорционального выходному току, двум пороговым уровням, имеющим форму модулирующего сигнала с нерегулируемой амплитудой, причем первый пороговый уровень совпадает по фазе с модулирующим сигналом, а второй находится в противофазе, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного тока,упомянутое разност-,

0

5

0

мое напряжение интегрируют, величину второго порогового уровня делают равной нулю, а импульсы на выключение силовых ключей инвертора вырабатывают при положительном моделирующем сигнале в момент подхода интегрированного разностного напряжения, снизу, а при отрицательном - в моменты подхода интегрированного разностного напряжения сверху к второму пороговому уровню, а указанный заданный интервал делят на подинтервалы, соответствующие однополярному в пределах такта току нагрузки и разнополярному току, и формируют импульсы управления силовыми ключами на включение и выключение по закону однополярной ШИМ в подинтервалах однополярного тока и по закону двухполярной ШИМ в подинтервалах разнополярного тока.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение качества выходного тока инвертора напряжения за счет слежения за средним значением тока нагрузки, возможности регулирования первой гармоники тока, нагрузки до нуля, ограничения максимальных значений тока нагрузки, синхронизации тактовых частот выходных фаз инвертора. Для этого импульсы на включение ключей инвертора производят в моменты подхода интегрированного разностного сигнала (сигналов задающего генератора 1 и датчика тока), при положительном модулирующем сигнале в моменты подхода снизу, а при отрицательном при подходе его сверху к нулевому уровню. В системе управления инвертором напряжения при таком способе введен дополнительно интегратор 3, связанный своим выходом дополнительно с двумя компараторами 6, 7, а выходы этих компараторов связаны с ключами 30 - 33 инвертора. 5 ил.

11

«1

X

Фиг. j

Wt

фиг. 4