Способ управления трехфазным мостовым инвертором Советский патент 1980 года по МПК H02P13/18 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразс вателях частоты с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения для питания двигателей переменного тока.

Известен способ управления тиристорами автономного трехфазного мостового инвертора с групповой коммутацией путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения с одновременным выключением по окончании импульса управления тиристоров двух фаз одной группы. .1 .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления трехфазным преобразователем частоты, основанный на формировании синусоидальных выходных напряжений в инверторе с индивидуальной коммутацией. При данном способе управления в течение каждой шестой части периода выходного напряжения одну фазу, имеющую экстремальное (положительное или отрицательное) значение , непрерывно подключают к соответствующему (положительному или отрицательному) зажиму источника .питания, а две другие фазы в течение

указанной одной шестой части периода . переключают в соответствии с приня- тым законом модуляции от одного зажима источника к другому, причем вкачестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки. При данном способе управления также используют нулевой режим работы

10 вентилей в течение одной шестой части периода поочередно для 1 аждой фазы. В течение указанной одной шестой части периода в двух других фазах осуществляют поочередное управление

15 вентилями на каждом тактовом интервале 2 .

Недостатками известного способа являются значительное число переключения силовых вентилей, что ухудшает

20 энергетические показатели преобразователя, а также возможность реализации данного способа только в инверторах с индивидуальной коммутацией.

25 Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и улучшение энергетических показателей за счет снижения числа переключений силовых вентилей трехфазного мостового инвертора.

Поставленная цель достигается тем что н способе управления трехфазным мостоБЬ7М инвертором, заключающемся в том,что непрерывно подключают в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую экстремальное значение, к -соответствующему зажиму источника питания, а также переключают в течение указанной шестой части периода фазу, опережающую непрерывно подключаемую фазу на 120 эл.град., от одного зажима источника питания к другому и фазу, отстающую от -непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град., в конце указанной шестой части периода к соответствующему зажиму источника питания, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, задерживают подключение фазы, отстающей от непрерывно подключаемой фаз на 120 эл.град., в течение указанной шестой части периода на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания.

На фиг. 1 представлен вариант схемы HriBepTopa, реализующий данный .способ управления, на фиг. 2 - диа раммы импульсов управления вёнтилями, фазных и линейных напря сений при глубине модуляции, равной единице, на фиг. 3 - аналогичные диаграммы..при глубине модуляции, равной 0/5, на фиг. 4 - схемы замещения .инвертора на интервалах импульса и паузы.

Схема автономного трехфазного мос.тового инвертора напряжения сгруп.повой коммутацией (см.фиг. 1) содержи вентили 1 и 2 фазы А, вентили 3 и 4 фазы В, вентили 5 и 6 фазы С, мост обратного тока на диодах 7-12, а также анодный 13 и катодный 14 узлы гашения (условно показаны в виде ключей. К выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка 15-17 соответственно фаз А, В и С, соединенная в звезду.Схема включает также источник 18 питания инвертора.

На фиг.. 2 приведены-диаграммы 19-24 импульсов управления соответственно вентилями 1-6 инвертора (см. фиг.1), диаграммы 25-27 фазовых напряжений соответственно фаз А, В и С, диаграммы 28-30 линейных напряжений соответственно линий АВ,ВС и СА. Моменты 31-33 времени соответствуют О эл.град., 90 эл.град., и 180 эл.град. выходного линейного напряжения АН (см.фиг.2, диаграмма 28), моменты 34-39 времени на одной шестой .части выходного напряжения соответствуют переключению хотя бы одного вентиля. .

При данном способе управления на интервале от О до 90 эл.град каж

дои фазы вентили этой фазы переключают поочередно, на интервале от 90 до 180 эл.град. переключают только один вентиль фазы, причем на интервале от 90 до 150 эл.град. используют режим работы этого вентиля в качестве нулевого, а на первом такте интервала (от О до 30 эл.град полупериода каждой фазы длительностью в одну шестую часть полупериода осуществляют поочередное переключение вентилей в течение времени, равного по длительности переключению только одного указанного вентиля на Последнем тактовом интервале (От 150 до 180 эл.град.) полупериода этой фазы. Для реализации способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего фронта этих импульсбв.

Число переключателей силовых вентилей для одного периода выходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением (2N+2), где N - число импульсов в полупериоде выходного линейного напря : ения.

Интервал от О до 90 эл.град. для каждой фазы состоит из трех тактовых интервалов длительностью 30 эл.град каждый. На каждом указанном тактовом интервале длительность импульсов управления равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же тактовом интервале (см.фиг.2, диаграмма импульсов 19). В начале первого и последнего (шестого) тактовых интервалов формируется в соответствии с законом модуляции пауза, равная по длительности минимальной пауз В выходном линейном напряжении.

Последовательности импульсов 2124 управления (см.фиг.2) соответственно для фаз В и С сдвинуты от последовательности импульсов 19 и 20 соответственно на +120 эл.град.

Импульсы 19-24 управления (см. фиг.2) подают на вентили 1-6 соответственно инвертора (см.фиг.1). Фазное напряжение 25-27 (см.фиг.2) получают при использовании графоаналитического метода при пЪследовательном рассмотрении эквивалентных схем замеидения, составленных для каждого интервала работы инвертора по предложенному способу. Выходные линейные напряжения 28-30(см.фиг.2) инвертора образуются путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений.

Рассмотрим работу инвертора (см. фиг.1) на нагрузку с коэффициентом мощности 0,707 (-Рн 45 эл.гра пользуясь диаграммами 19-24 импульсов управления (см.фиг.2). Отсчет времени ведется с нулевой отметки времени (фиг.2). Работу инвертора рассмотрим на одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаз одновременно, поскольку полная картина фазных напряжений может быть получена при помощи круговых перестановок (рассматриваемые моменты 34-39 времени условно показаны стрел- 5 ками на фиг,2).

По задним фронтам импульсов управления (см,фиг.2) вентилями анодной (катодной) группы срабатывает анодный 13 (катодный 14) (см,фиг.1) узел д гашения и выключают соответственно вентили анодной (катодной) группы, В моменты 31 и 34 (см,фиг,2) импульсы управления подают на вентили 3 и 5 анодной группы инвертора (см,фиг,l), , Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых всех трех фазных напряжений, так как все фазы нагрузки при этом подключены к одному (положительному) зажиМу источника питания (см,фиг,4а), 0 В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания; токи 25 фаз В и С направлены через открытые вентили 3 и 5 от положительного зажима источника питания к узлу нагрузки, В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной 30 энергии нагрузки между всеми фазами,

В моменты 31 и 34 (см,фиг,2) импульсы управления подают на вентили 2, 4 и 5, В течение этого интервала токи фаз направлены следующим обра- 35 зом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрицательному зажиму источника питания, ток в направлен от отрицательного зажима источника питания 40 через обратный диод 10 (вентиль 4 закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки) к узлу нагрузки, ток фазы С направлен or положительного зажима источника питания через от- д крытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см,фиг.46), При этом в двух фазах А и В модуль фазного напряжения на нагрузке равен -1/3 Е (Е - напряжение источника питания инвертора), « а в фазе С равен +2/3 Е . (сг4,фиг,2, диаграм1«м 25-27), После перехода тока фазы В через нуль он направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания, Это переключение не влияет на. распределение фазных напряжений и оно остается прежним до конца рассматриваемого интервала (см, фиг,2, диаграммы 25-27), На этом интервале происходит обмен реактивной 60 энергии нагрузки между фазами А и В, В моменты 35 и 36 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5, В течение этого интервала токи фаз на-. . правлены следующим образом: ток фазы; 65

А направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 (вентиль 1 не открывается Лоскольку направление тока в фазе А остается неизменным) к положительному зажиму источника питания/ ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источникапитания, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см,фиг,4в). При этом в двух фазах А и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен +1/3 Е, а в фазе В равен -2/3 Е (см,фиг,2, диаграммы 25-27), На этом интервале происходит обмен реактивной энергии между, фазами А и С,

В моменты 36 и 37 импульсы управления подают на вентили 2 и 4, В: течение этого интервала токи ф.аз направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены через открытые вентили 2 и 4 соответственно от узла нагрузки к отрицательному зажиму источника питания; токи фазы С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки (см, фиг,4г), Такое включение вентилей приводит на этом интервале к формированию нулевой паузы в кривых всех трех фазных напряжений,так как все фазы нагрузки при этом подключают к одному отрицательному зажиму источника питания,В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами,

В моменты 37 и 38 импульсы управления подают на вентили 2, 4 и 5, В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены через открытые вентили 2 и 4 соответственно от узла нагрузки к отрицательному зажиму источника Питания, ток фазы С направлен через открытый вентиль 5 от положительного зажима источника питания к узлу нагрузки (см,фиг,4д). При этом в двух фазах А и В модуль фазного напряжения на нагрузке равен -1/3 Е, а в фазе С равен +2/3 Е (см,фиг,2, диаграммы 25-27),

В моменты ЗВ и 39 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5, В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом: ток фазы. А направлен от узла нагрузки через обратный диод 7 .(вентиль 1 не открывается, так как направление тока в фазе А не меняется) к положительному зажиму источника питания. ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 и к отрицательному зажиму источника питания ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через окрытый вентиль 5 к узлу нагрузки

(см.фиг.4е). При этом в двух фазах А и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен +1/3 Е, а фазы В равен -2/3 Е (см.фиг.2, диаграммы 25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между, фазами А и С.

Таким образом, в моменты 31, 3439, что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа интервала на активно-индуктивную нагрузку по данному способу управления и построены кривые всех фазных напряжений. Полна картина фазных напряжений на периоде получается путем круговойПерестановки напряжений, полученных нд одной шестой части периода (см.фиг.2, диаграммы 25-27). Линейные напряжения (см.фиг.2, диаграммы 28-30) получают из соответствующих фазных напряжений, полученные выходные линейные напряжения автономного трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией представляют собойпЬследЬвательнЬсть шярбтномод;улированных импульсов, попарно Симметричных относительно друг (см.фиг.2, диаграммы 28-30).

.Форма выходных линейных напряжений не зависит от характера нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициёнта мощности от единицы до нуля. Относительная длительность импульсов выходного линейного йапряженйя на каждомтактовом иНтерваЯе даитёльностью одну шестую часть полупериода равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же Ta.iffoBOM интервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции (см.фиг.2 и фиг.З, диаграммы 28-30) .

Следов-ательно, данный способ управления позволяет сформировать на выходе инвертора с групповой, коммутацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительность которых модулирована по синусоидальному закону,и улучшить энергетические показатели трехфазного МостЬвого

инвертора за счет снижения числа переключений силовых вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией. Эти преимущества позволяют расширить область применения трехфазных мостовых инверторов.

Формула изобретения

0

Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что подключают непрерывно в течение каждой шестой части периода

5 выходного напряжения фазу, имеющую экстремальное значение, к соответствующему зажиму источника питания, а также переключают в течение указанной шестой части периода фазу, опе0режающую непрерывно подключаемую фазу на. 120 эл..град., от одного зажима источника питания к другому и фазу, отстающую от непрерывно подключаемой фазы на 120 зл.град., в конце указан5ной шестой части периода к соответствующему зажиму источника питания, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, отл и ч а ю щи й0с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и улучшения энергетических показателей путем снижения числа переключений силовый вентилей,задерживают подклю5чение фазы,; отстающей от непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град., в течение указанной шестой части периода на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении,

0 к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

5 515245, кл. Н 02 Р 13/18, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР №471646, кл. .Н 02 Р 13/24, 1975.

3 ii6 «SJ 3f35

t

yyzpizrm

II I .1

t

ItT

t

Ut

Stf

il

сШЖ

SLLV

№nn ,, , I -KfdUr

nmnnr

IS

mjuuuu

55

i I П

Ttftf

ЬпгггтЩР

АЛИЙ

iff

тшл MJ

bWF

II ПППП г

шпл

П

iUUUUi

/9

Tlfi

LIgp

та I I f I П

S «.

янь

чуии

АИЫ

ihF

гШ

юишг

II ПППП г

ПППП

V.3

t

i /. 1/7

/б

-.

Ф

б

- о)

- ff.