Способ управления @ - фазным вентильным преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании источников вторичного электропитания.

Целью изобретения является повышение коэффициента мощности преобразователя, расширение верхней границы регулирования выходной частоты и улучшение качества преобразованной электроэнергии.

На фиг. 1 изображена структурная схема силовой части и система управления трехфазным транзисторным инвертором; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип формирования управляющих сигналов транзисторами инвертора

Рассмотрим существо предлагаемого способа управления. Задание каждого из моментов коммутации tn (отпирания или запирания) силовых вентилей преобразователя осуществляют посредством комбинации из трех определенных чисел Nin, №n и Nsn, которую далее преобразуют в некоторый интервал времени тп.

Причем начало этого интервала совпадает с моментом to (фиг. 2), принятого за начало отсчета для всех моментов коммутации т.п. На фиг. 2 в качестве нулевого момента отсчета to выбран момент начала периода T0(to-Ti3) одного из формируемых выходных фазных напряжений Ua. Тогда окончание этого интервала тп и определяет заданный момент коммутации tn.

При этом интервал тп формируют в виде суммы трех интервалов времени, т.е.

Гл Tln+T2n+T3n(1)

В свою очередь каждый из этих интервалов определяют из соответствующих заданных для данного момента коммутации tn чисел Nin, №n, Nan и исходных масштабных периодов TN, Тк и Тг.

Тогда в целом алгоритм реализации способа управления можно представить следующим выражением: ТП.Т 1 n+T2n+T3n N 1 nTN+N2nTr+N3nTK. (2) ,2,3, ...-текущие номера задаваемых моментов коммутации (включения и выключения) силовых вентилей преобразователя напряжения в течении периода Т0.

Все операции формирования сигналов управления вентилями преобразователя напряжения за первый период Т0 (to-Ш) целиком повторяют для всех последующих периодов, начальный момент которых принимают за нулевой момент отсчета to.

Рассматривают предлагаемый способ управления на пример формирования сигналов управления транзисторами инвертора (фиг. 1), реализующего ШИМ выходного напряжения. Здесь величина исходных масштабных периодов TN, Тк и Тг, из которых по задаваемым числам Nin, №n и Nsn набирают составные интервалы Tin, 2n и Тзп обусловлена числом функционально самостоятельных интервалов в структуре формируемых сигналов управления (фиг. д -г).

Первый, наибольший из них TN (фиг. 2в) является периодом следования точек перехода через ноль первых гармоник формируемых фазных напряжений Ua. Ut, Oc инвертора:

Т )

где Раых и m - соответственно частота и число фаз формируемого напряжения.

Вторым по величине является масштабный период следовательно токовых импульсов или период токовых интервалов Т (фиг.

26) в формируемых сигналах управления (фиг. 2д-к), с помощью которого дискретно (ступенчато) воспроизводится заданный (синусоидальный) закон управления транзисторами инвертора.

Третьим масштабным периодом Тг (фиг. 2а) является шаг квантования, который определяет минимальную степень изменения длительности токовых интервалов Тк.

Рассмотрим формирование сигнала управления одним из силовых вентилей трехфазного инвертора (фиг. 1) по диаграмме его управляющего сигнала (фиг. 2д). Разберем задание произвольного момента включения

этого вентиля, например, на восьмом токовом интервале . Согласно алгоритму способа управления в соответствии с выражением (2) Tn Tin+T211+T311 NiiiTN+N21lNr+3N31lTK

и тогда для определения конкретного временного положения данного момента коммутации tn необходимо заготовить командную комбинацию из трех цифр NHL N211, N311,с помощью которой определяют и

фиксируют момент tn.

В соответствии с принятыми величинами масштабных периодов TN. Тк, Тг числа исходной команды для момента tn равны , , .

В целом для всего интервала времени , задающего момент коммутации tn относительно начала отсчета to, можно записать: 11 Ti I i+Tai 1+T31 111Тм+№ 1 iTr+Nsi 1Тк 2TN+4Tr+TK,

что и показано на диаграмме фиг. 2д,

Рассмотрим реалиацию предлагаемого способа на примере трехфазного транзисторного инвертора (фиг. 1) и устройства для его управления, которое состоит из последовательно соединенных задающего генератора 1, блока 2 счета импульсов высокой частоты, блока 3 счета токовых интервалов и блока 4 счета интервалов TN. Выходы I блоков 4, 3 и 2 счета соответственно через

схемы 5, б и 7 совпадения, последняя из которых состоит из параллельно соединенных субблоков (матриц совпадения) 8,9 и 10, соединены с входами блока 11 распределения. К разрешающим входам М схем 5 и б

совпадения и субблоков 8. 9 и 10 схемы 7 совпадения подключены соответствующие выходы блока 12 управления. Выходы блока 11 через усилители-формирователи 13-18 подсоединены к входам соответствующих

транзисторов 19-24 трехфазного инвертора, выполненного в виде трех однофазных, с трансформаторами 25-27 на выходе. Транзисторы 19-24 шунтированы диодами 28-33 обратного тока.

Блок 12 своим выходом О установки схемы в исходное нулевое состояние, соединен с входами сброса R блоков 2. 3 и 4 счета.

Схема работает следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает на выходе последовательность импульсов высокой частоты (фиг. 2а) с периодом следования Тг, который используется в качестве шага квантования при формировании ШИМ-сигналов управления (фиг. 2д-к) по си- нусоидальному закону, блок 2 счета высокочастотного импульсов представляет собой регистровый счетчик импульсов. По входу R он устанавливается (сбрасывается) в начальное нулевое состояние, а на выходе I в параллельном двоичном коде вырабатывает порядковые номера текущих входных импульсов нз интервале их следования Тг, т.е. с момента прихода каждого из них, например, в to (фиг. 2а) и до момента появления следующего Ti. На выходе Н он вырабатывает импульс в момент его переполнения te. t,... Для данной схемы коэффициент деления выбран равным шести, поэтому из всех входных импульсов с периодом следования Тг (фиг. 2а) на выход I проходит каждый шестой импульс соответственно в момент te. t, te, ... с периодом следования Т. Этот период используется далее для задания токовых интервалов в сигналах управления вентилями (фиг. 2д-к).

Блок 3 счета токовых интервалов по принципу действия аналогичен блоку 2 счета. На своем выходе t он вырабатывает в параллельном двоичном коде порядковые номера текущих входных импульсов на периоде их следования Тк, а на выход II, в соответствии с выбранным коэффициентом давления равным трем, пропускает каждый третий входной импульс (фиг. 2в)т0, te, ... с периодом следования TN.

Блок 4 счета интервалов Ты по принципу действия также аналогичен блоками 2,3 счета и вырабатывает на выходе I в двоичном параллельном коде порядковые номера входных импульсов на периоде их следования TN. | аким образом, на выходах I блоков 2-4 счета сформированы в двоичном коде циклического счета (соответственно с циклами 6, 3 и 6) порядковые номера текущих импульсов указанных последовательностей. Импульсная последовательность с выхода И блока 2 счета с периодом Тк (фиг. 26) используется для синхронизации работы блока 12 управления. Он содержит счетчик этих импульсов, по устройству и принципу действия аналогичный блокам 2-4 счета, но имеющий емкость счета, равную 18, (т.е. соответствующую количеству токовых интервалов Тк на периоде Т0 формируемого

напряжения} / являющийся таймером бгока 12 управления.

В соответствии с диагпамм ми сигналов управления (фиг, д-к) при использовании односторонней ШИМ на каждом токовом интервале (например, первом tote), открыты три силовых венппя.соотвеют- венио 19, 22 и 24 (фиг. 2 д, з, к). Все ОРИ закрываются одновременно в конце токового интервала te. а открываются в разные моменты соответственно ts, 12 и ti. Изменением положения (фазы) моментов отпирания транзисторов 19-24 и достшается регулирование длительности их рабочих (открытых) интервалов, а значит и захон изменения выходного напряжения. В данном варианте схемы реализован закон управления, при котором длительность управляющих импульсов на каждом токовом масштабном периоде Тк устанавливается пропорциональной среднему значению первой гармоники его выходного напряжения на этом же токовом интервале.

Процесс формирования управляющих сигналов далее осуществляется с помощью схемы 5 совпадения, выполненной, например, по схеме трехразрядного дешифратора, схемы 6 совпадения подготовки токовых интервалов и трехканальной схемы 7 совпадения. На мх входы с выходом I соответстоу- ющих блоков 2-4 счета импульсов поступают в параллельном двоичном коде циклические последовательности порядковых номеров их текущих входных импульсов. На входы II в соответствии с алгоритмом способа поступают из блока 12 управления управляющие цифры Nin, N20 и Nan. Конкретно на вход М блока 5 поступают постоянно по шести трактам все значения числа NI за период Т0 (фиг. 2в), т.е. О, 1,2,.,., 5 в параллельном двоичном коде. Схема 5 совпадения должна иметь шестиканальнь й выход.

При совпадении одного из oiecin управляющих чисел NI, например 0, с соответст вующим числом 0 на входе I в течение интервала времени TN(to-te) на одном из шести выходных каналов cxeN.bi 5 совпадения соответственно первом, дол.ен вырабатываться единичный выходной уровень, На остальных пяти выходнь х каналах в этом интервале должны действовать нулезые выходные уровни. Выполнение схемы 5 совпадения в виде трехразрядного дешифратора упраздняет необходимость постоянной подачи всех управляющих чисел Мщ(0, 1, 2, ,.., 5) по шести трехпроводны трактам от блока 12 управления и обеспечивает их содержание в памяти данного дешифратора. Это отражено на схеме (фиг. 1) штриховой

линией связи блока 12с входом II схемы 5 совпадения.

Далее выходные сигналы схемы 5 сравнения шестиканальным трактом подаются на вход I схемы 11 распределения. В ней по наличию единичного уровня на одном из входов (в нашем примере в первом канале в течение интервала to-te) осуществляют подготовку определенных трех трактов формирования сигналов управления для силовых транзисторов: соответственно 19, 23 и 24.

Схема б совпадения подготовки токовых интервалов по логике аналогична схеме 5 совпадения, но в отличие от нее сигналы на вход I поступают на интервалах Тк(1о-№) и изменяются в меньших пределах 0,1,2; О, 1, 2;.... На вход И поступают постоянно все значения управляющего числа Мзп (0,1,2) и его выходной тракт должен быть трехканаль- ным. Поэтому схема 6 совпадения реализована в виде стандартной схемы трехразрядного дешифратора, как и схема 5 совпадения соответствующим использованием ее емкости и трех первых каналов выходного тракта.

Выходные сигналы 6 совпадения, поступая на вход II блока 11 распределения, осуществляют стробирование на периоды Тк узлов формирования управляющих сигналов соответствующих трех силовых транзисторов, выбранных блоком 5. .

Схема 7 совпадения для каждого из токовых периодов Тх, например t0-te осуществляется задание моментов открытия ts. t2 и ti (фиг, 2а, б, д, и, к) задействованных на данном токовом периоде транзисторов: например, 19, 23 и 24, Для этого на входы II матриц 8, 9 и 10 совпадения, на каждом токовом интервале (например, to-te), из блока-12 управления подаются по три разных управляющих числа Nan. Теперь в каждой из матриц, например 8, на интервале (ts-te) совпадения значений управляющего числа Njn, равного четырем, с числом, поступающим на вход I с выхода блока 2 счета, который формирует его на свой пятый входной импульс (на данном токовом интервале tote), также равным 4 (так как счет в блоке 2 ведется с нуля 0, 1, 2, 3 ... 5) на выходе матрицы 8 совпадения формируется единичный по уровню импульсный сигнал длительностью Tr().

В соответствии с диаграммами (фиг. 2г, д, и, к) на этом токовом интервале to-te на входе И других матриц 9 и 10 совпадения схемы 7 совпадения из блока 12 поступают управляющие числа №п со значениями соответственно 2 и 1, Они совпадают с числами на выходе блока 2 для соответственно 3-го () и 2-го (ti-tz) его входных импульсов (фиг. 2а, и, к). Поэтому на входах матриц

9 и 10 выработаны единичные импульсы длительностью Тг на интервалах времени соответственно и ti-t2.

Передние фронты этих импульсов используются далее в блоке 14 для задания моментов открывания (передних фронтов сигналов управления) соответственно ts, 12 и ц силовых транзисторов 19, 23 и 24. Блок 12 управления для заданной схемы инвертора (фиг. 1) состоит из узла памяти, устройства вывода, таймера управления и устройства запуска (фиг. 1, не показаны).

Предлагаемый способ управления вентильным преобразователем может быть использован для управления как автономными инверторами, так и в схемах регулируемых выпрямителей и непосредственных преобразователей.

При этом удается уменьшить уровень

пульсаций выходного напряжения на низких частотах. Способ характеризуется высокой надежностью и точностью регулирования. Формула изобретения Способ управления m-фазным вентияьным преобразователем, заключающийся в том, что формируют последовательность высокочастотных импульсов с периодом следования Тг, последовательность синхронизирующих импульсов с периодом

следования , кратным периоду переменного напряжения Т0, а каждый момент включения вентиля преобразователя определяют числом Nin, соответствующим номеру фазы, и числом N2n, соответствующим заданному закону регулирования и выраженным количеством высокочастотных импульсов на токовом интервале проводимости, период следования которых задают кратным периоду переменного напряжения

То, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя, расширения пределов регулирования выходной частоты и улучшения качества выходного напряжения, определяют дополнительно каждый момент выключе- ния вентиля преобразователя, период токовых интервалов проводимости задают равным , а период следования высокочастотных импульсов , где К - число токовых интервалов квантования на периоде переменного напряжения Т0, п - число шагов квантования на токовом интервале проводимости, причем момент tn каждой n-й коммутации (включения или

выключения) вентиля преобразователя определяют сочетанием указанных чисел Nin, N2n и третьего числа Ызп. соответствующего токовому интервалу проводимости, так что

tn TNNln+TrN2n+TKN3n.

h /J

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании многофазных источников вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение коэффициента мощности преобразователя, расширение диапазона регулирования выходной частоты и улучшение качества преобразованной электроэнергии. Предложенный способ управления m-фазным вентильным преобразователем заключается в том, что формируют последовательность высокочастотных импульсов с периодом следования Тг и последовательность синхронизирующих импульсов с периодом следования TN T0/2m, кратным периоду переменного напряжения преобразователя Т0 Длительность открытого состояния вентилей регулируют по заданному закону, причем каждый момент включения вентиля определяют числом Nin, соответствующим номеру фазы, и и числом №п. соответствующим заданному закону регулирования и выраженным количеством высокочастотных импульсов на интервале проводимости, кратном периоду переменного напряжения Т0. В соответствии с предложенным способом формируют последовательность импульсов токосых интервалов с периодом следования К, а период следования высокочастотных импульсов задают равным , где К - число токовых интервалов квантования; п - число шагов квантования на токовом интервале. Момент каждой коммутации вентиля (включения или выключения) определяют сочетанием вышеуказанных чисел и третьим числом Nan, соответствующим токовому интервалу проводимости таким образом, что tn TNNin+TrN2n+TKN3n. Способ может использоваться как при управлении автономными инверторами, так и в схемах регулируемых выпрямителей и непосредственных преобразователей. 2 ил. сл Vrrs«« о

25

Lj

В

26

27fa

„rvyv y nrvx- pOnnn

Д

2S2U# 2J 2i2ЈP

25 25

- ;

- 75

- 77

18

i

27fa

pOnnn

Л J/. Й/г/

J2 JJ

о

t,tl «

its

э MR

II

CJ8

L ж

П ППГ.

HJL

inn п п

о

«дай

0

I I I I I I I I .1.

и

inn n n

ППГТППП П П

t

П П ППППД. ИЛ-е

П ППГГ1ПП J

JLTLEDCLJ

фиг. 2