Стабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/48 H02P13/18 

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

I

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных трехфазных источников электропитания, предназначенных как для централизованных систем электроснабжения, так и для частотно-управляемых электроприводов.

Больплое число схем стабилизации выходного напряжения преобразователей можно разделить па два класса, использующих компенсационный и параметрический способы стабилизации. Схемы, использующие компенсационный способ, содержат, как правило,измерительньш орган напряжения и исполнительный орган, изменяющий ве-. личину выходного напряжения преобразователя в соответствии с сигналом измерительного органа. Наличие такого измерительного ограна усложняет схему преобразователя, ухудшает его массогабаритные, энергетические и динамические показатели. Недостатком преобразователей, реализующих компенсационньш способ стабилизации, является также инерционность, не позволяющая быстрб отрабатывать резко меняющиеся внещние возмущения. В отличие от схем

компенсационного способа стабилизации напряжения схемы параметрического способа не содержат цепи обратной связи и, в частности, измерительного органа. Напряжения. При воздействии внешнего возмущения, в данном случае по йепи питания, выходное напряжение преобразователя остается неизменным -за счет автоматического изменения параметров элемента, определяющего его величину.

Известны однофазные инверторы или конверторы, реализующие параметрический способ стабилизации 1. Известные устройства содержат мультивибратор на насыщающемся трансформаторе с прямоугольной петлей гистерезиса, который выполняет одновременноинформационные и силовые

функции, балластный резистор в цепи его питания и выходную цепь в виде обмотки трансформатора в случае однофазного инвертора или в виде обмотки трансформатора, нагруженной на выпрямитель в случае

конвертора. Обеспечиваемая точность стабилизации выходного напряжения при STOM приемлема для Подавляющего числа случаев применения.. К недостаткам известных инверторов следует отнести уменьшение КПД изнаЧйтельное ухудшение массогабаритных показателей преобразователей, обусловленное нали иём(УкббгранйчШакЙцихэлШ нтов в виде балластных сопротивлений или активных элементов. Известен также инвертор, который содержит мост управляемых ключей и блок управления. В состав блока управлениявходят пбследоват ельно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, выходы которого связаны с управляющими входами ключей инвертора, а также функциональный узел-модулятор длительности импульса, включенный между зЩаК)1цим генератором и логичёскОТ узлом, который осуществляет функцию изменения щирины управляющего импульса. Данный узел выполнен на базе генератора пилообразного напряжения и при его на основе компенсационного способа в принципе может осуществляться как регулирование, так и стабилизация выходного напряжения. В том случае, когда модулятор длительности импульса выполняет функцию стабилМайии Ш1 ЬдВДг6 нагпрйЖёнйя; его управляющим сигналом является сигнал измерительного органа напряжёния, пропорциональчый выходному фазнбму напряжению инвертора. Он с11имается либо непосред ствённо с зажймов для подключения нагрузки, либо с зажимбв дляВДдкйюМния инвертора к щинам питающей сети 2. Недостатками известного инвертора является то, что в первом случае выходное Напряжение должно быть выпрям.лено и отфильтровано при помощи фильтров с достаточно больщим коэффициентом добротности, что внёсет соответствующее запаздывание и ухудщит качество стабилизации выходного напряжения, особенно в переходных режимах при колебаниях напряжения питаю- щей сети. Во втором случае, когда измерительный орган напр;яжени яподключен к шйнам питающей сети инвертора, резкие колебанИя напряжения питания могут вообще нарущить процесс стабилизациипри вькпеопйсанном варианте выполнения функционального узла. Эти нарущения (сбои),а также необходимость введения дополнительного измерительно-согласующего узла в .блок управления для получения сигнала, проТпорВДбйальногЬ выхбДному на1Тряженйю, и негативные свойства, присущие компенсационному способу, являются недостатками инвертора, . Целью изобретения является упрощение и повышение качества стабилизации выходного напряжения впёрехбднБтх режимах при колебанийх напряжения питающей сети. Для достижения поставленной цели используется известный трехфазный мрстрвой инвертор, содержащий мост управляемых ключей и блок управления. В состав блока управления входят последовательно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, а также модулятор длительности ймпуЛьса, включенный Между задающим генератором и логическим узлом. Выходы логического узла связаны с входами управляемых ключей инвёртора, модулятор выполнен в виде одновибратора импульсов, содержащего триггер, счетный вход которого связан с выходом задающего генератора, и ,нофазную инверторную ячейку с насыщающимся трансформатором на выходе и ключевым элементом в цепи питания. Входы управляемых ключей однофазной инверторной ячейки связаны с прямым ийНверсным выходами триггера, а управляющий вход ключевого элемента в цепи питания связан через выпрямитель с одной из выходных обмоток насыщающегося трансформатора. Другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к двухполупериодному выпрямителю, выход которого образует выход одновибратора. Цепь питания одновибратора связана с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора, к питающей сети. На фиг. 1 - принципиальная схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 - зависимост личины выходного напряжения инвертора .,.напряжения питания при различном числе регулировочных импульсов N. Стабилизированный по напряжению инвертор (фиг. 1) содержит мост управляемых ключей 1-6 и блок управления. В состав блока управления входят задающий генератор (ЗГ)7, который осуществляет синхронизацию рабЪты отдельных узлов, распределитель 8 импульсов, логический узел 9, выходы которого связаны с входами управляемых ключей 1-6, и модулятора длителъносТ1Гмпульсов, выполненный в виде одновибратора 10 импульсов. Одновибратор 10 содержит триггер 11, работающий в ключевом режиме, счетный вход которого связан с задающим генератором 7, и однофазную йнверторную ячейку 12 с включенным на выходе насыщающимся трансформатором 13. УправЯяющ.ие входы ключевых элементов 14-15 связаны с прямым и инверсным выходами триггера 11, соответственно. В цепи питания однофазной инверторной ячейки 12 включен ключевой элемент 16, управляющий вход которого связан через выпрямитель 17 с одной из выходных обмоток насыщающегося трансформатора 13. Другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к выпрямителю 18, выход которого образует выход одновибратора 10. На выходе одновибратора 10 включен логический элемент НЕ 19, осуществляющий инверсию выходного сигнала. Цепь питания одновибратора 10 с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора к питающей сети Up, причем это может быть сделано либо непосредственно, как показано на фиг. 1 в том случае, когда напряжение питания инверторов Un невелико, либо в целях уменьшения габаритов насыщающегося трансформатора 13, через делительное устройство, осуществляющее пропорциональное уменьщение напряжения питающей сети.

Логический узел выполнен на элементах И-ИЛИ-НЕ и представляет собой шесть идентичных каналов для формирования управляющих сигналов каждым из шести ключ ей инвертора. Выходы 20-25 распределителя 8 импульсов подключены к двум входам каждого из шести трехвходовых логических элементов И 26-31 и к входу одного логического элемента ИЛИ-НЕ 32-37. К третьему входу логических элементов 26-31 подсоединен выход одновибратора 10, а каждый из выходов этих элементов подключен ко второму входу соответствующего элемента 32-37, выходы которых являются выходами блока управления и подсоединены к управляющим входам ключей 1-6 инвертора.

Принцип работы инвертора поясняется временными диаграммами,приведенными на фиг. 2, где показаны:

7 - сигнал с выхода задающего генератора 7;

20-25 - сигналы с выхода распределителя 8 импульсов 8;

11 - сигнал с выхода триггера 11 одновибратора 10;

13 - форма напряжения на обмотках насыщающегося трансформатора 13;

18- сигнал с выхода одновибратора 10 импульсов;

19- сигнал, с выхода логического элемента НЕ 19 на выходе одновибратора 10.

26-31 - сигнал с выходов логических элементов И 26-31 логического узла 9;

32-33 - сигналы с выходом логических элементов ИЛИ-НЕ 32-33 для управления ключами 1, 2 инвертора;

Uz - форма выходного фазного напряжения инвертора, стабилизированного по величине основной гармоники.

Задающим генератором 7 задают выходную частоту инвертора. Распределитель 8 импульсов обеспечивает 120-градусный фазовый сдвиг управляющих сигналов 20-25 (см. фиг. 2) ключей 1-6 инвертора. Tpиfгер 11 одновибратора 10 импульсов переключает в соответствии с тактовыми импульсами задающего генератора 7 транзисторы 14-15 однофазной инверторной ячейки 12. Число витков коллекторных обмоток 38-39 насыщающегося трансформатора .13 выбирают таким образом, чтобы при минимально возможном напряжении питания

инвертора (а следовательно, и одновибратора .10) Unntiu длительность выходного сигнала 18 одновибратора 10 импульсов была бы равна л/ЗЫ (для случая N 1, см. фиг. 2). Трансформатор 13 при этом переJ магничивается на собственной частоте, of риод которой равен Tt/3N, где Ti - частоты выходного напряжения инверюр.. Увеличение величины питающего напряжения Ип вызывает пропорциональное уменьшение длительности выходного сигнала 13

0 одновибратора импульсов или соответствующее увеличение длительности ot управляющего сигнала 19 и уменьшение величины выходного напряжения.. Первая-гармоника выходного напряжения Uzi. (действующее или максимальное ее значение) при этом будет стабилизировано (см. фиг. 3).

Выходное фазное напряжение инвертора описывается выражением:

. sinK(«i,),

гдеПп-напряжение питания инвертора; N - число регулировочных пауз длительностью на периоде управляющего сигнала; ,Д - номер гармоники. Основная гармоника напряжения (соответствующая К.1) имеет вид:

и« («. t +е),

в простейшем случае, когда число регулировочных пауз N равно I (см. фиг. 2), действующее значение первой основной гармоники фазного напряжения, выраженное 0 через напряжение питанця Un, примет вид: U.t , (п U..u/6Un).

На фиг. 3 представлена зависимость действующего значения напряжения первой гармоники в функции напряжения питания. Видно, что при изменении Un в пределах ± 15%, Uzi изменяется в пределах +0,8 до - 1,3°/о. В тех случаях, когда данная точность стабилизации не устраивает потребителя, число регулировочных пауз может

0 быть увеличено. Так, например, при N 3, выражение для действующего значения первой гармоники примет вид:

,592Unsin(SrUtH.m/18Un) и при том же диапазоне изменения напряжения питания Uii изменяется в пределах

+0,08% до -0,16% (см. фиг. 3), что практически всегда удовлетворяет потребителя электромашинного типа. В этом случае задаюшим генератором 7 и распределителем 8 импульсов должен быть включен дополниQ тельный делитель частоты, а логический узел 9 видоизменен, для того чтобы избежать возможного искаженного воздействия реакции ЭДС активно-индуктивной нагрузки. Для сравнения на графике пунктиром представлена кривая действующего значения первой гармоники нестабилизированного фазного напряжения.

При использовании стабилизированного инвертора по предложенной схеме в частотно-регулируемом электроприводе выявляется его новая функциональная возможность, а именно, обеспечение пропорционального регулирования по закону U/f const при одновременной стабилизации выходного напряжения на любой выходной частоте. Таким образом, предложенный инвертор может применяться в качестве вторичных трехфазных источников электропитания как для централизованных систем электроснабжения, так и на частотно-регулируемом электроприводе при частотном разгоне (запуск) электродвигателей по закону U/f const.

Формула изобретения

Стабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор,содержаш.ий мост управляемых ключей и блок управления в виде последовательно включенных задающего генератора, распределителя импульсов и логического узла, выходы которого связаны с входами управляемых ключей, а также модулятора длительности импульса, включенного между задающим генератором и логическим узлом, отличающийся тем, что, с целью напряжения в переходных режимах при колебаниях напряжения питающей сети, вышеупомянутый модулятор выполнен в ви8

8

де одновибратора импульсов, содержащего триггер, счетный вход которого связан с выходом задающего генератора, и однофазную инверторную ячейку на управляемых ключах, к выходным, вйводам которой подключёна первичная обмотка введенного насыщающегося трансфЬрматора, причем входы управляемых ключей однофазной инверторной ячейки связаны с прямым и инверсным выходами триггера, последовательно в цепи питания однофазной инверторной ячейки установлен ключевой элемент, управляющий вход которого связан .через выпрямитель, с одной из выходных обмоток упомянутого насыщающегося трансформатора, другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к двухполупериодному выпрямителю, выход которого образует выход одновибратора, а цепь питания одновибратора связана с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора к питающей сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

по заявке № 2416674/07, кл. Н 02 Р 13/18, 1976 (прототип).

i

0,971

0,6 0,85 0.9 0,95 1,0 1,D5 1,1 1,16

Hecmafij/tuiupo6annoe напряжение.

(Jf

I IJf (pL/2.5