Способ управления двухфазным инвертороми уСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

(54) СПОСОБ УЙРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении преобразователей .постоянного напряжения в перемен ное двухфазное, предназначенных, в частности, для устройств автоматики. В качестве подобных преобразовате лей используются в основном двухфазные преобразователи (инверторы), содержащие три стойки ключей. Точка со единения ключей одной стойки образуе нулевой выходной вывод, а точки соед нения ключей двух других фазных стоек - фазные выходные выводы инвертор Ключи, которые в дальнейшем будут обозначень нечетными номерами, подключены к одной, например плюсовой, шине питания, а четными - к другой, минусовой шине питания инвертора. Наиболее -близким по технической сущности к данному изобретен1йЬ является способ управления двухфазным ин вертором, заключающийся в формировании шести периодических с частотой выходного напряясения последовательностей управляющих импульсов, типа ме- андр. В соответствии с этими последовательностями обеспечивают попеременно открытое длительностью JT состояние ключей в стойках инвертора, причем последовательности управляющих импульсов для ключей фазных стоек . сдвинутьз на угол Ж/2 в сторону опережения и отставания по отношению к последовательностям, управляющим ключами; средней нулевой стойки инвертора. Напряжения на фанзах нагрузки при этом имеют форму импульса длительностью lf-/2 D. Устройство для осуществления данного способа содержит задающий генератор, распределитель импульсов, усилительно-развязывающий узел. Недостатки способа управления двухфазным инвертором - невозможность обеспечения регулирования выходного напряжения широтно-импульсным способом, а также ухудшенные энергетичес3кие показатели, обусловленные дополнительнь1ми потерями в устройстве управления, вызванными нерационально увеличенной длительностью управляющих импульсов и потерями в силовой части инвертора в момент переключения ключей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования выходного напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора. Это достигается тем, что согласно известному способу управления двухфаз ным .инвертором с шинами питания, выполненным на базе трехфазной мостовой .схемы, включающей в себя три стойки, каждая из которых состоит из двух последовательно включенных ключей, причем нулевой выходной вывод подключен к точкам соединения ключей средней стойки, а другие выходные выводы подточкам соединения ключей ключены к фазных стоек, состоявшему в том, что формирзпот шесть основных периодически С частотой выходного напряжения после довательностей управляющих импульсов, причем первую и вторую последовательности управляющих импульсов, обеспечи вающих открытое длительностью JT состо яние ключей, подают соответственно на управляющие входы ключей средней стойки, третью и пятую последовательности с отставанием и опережением по отношению к началу отпирающих управляющих импульсов первой последователь ности подают на основных интервалах проводимости на управляющие входы клю «1ей фазных стоек, подключенных к одно шине питания, четвертую и шестую последовательности импульсов, сдвинутых по фазе на угол ЗТ по отношению к третьей и пятой последовательностям, соответственно подают на упрарляющие входы ключей фазных стоек, подключенных к другой шине питания, при этом пятая и шестая последовательности управляющих импульсов обеспечивают открытое состояние ключей одной фазной стойки на интервалах Q-Tf/2 и 7Г -ЗТ/2 по отношению к началу управляющих импульсов первой последовательности, формирзпот четыре дополнительные перио дические последовательности импульсов, обеспечивающие открытое длительностью состояние ключей фазных стоек, сдвинутых по отношению к управляющим импульсам третьей, четвертой, пятой и шестой основных по3следовательностеи соответственно на угол5Г-о1,/2, упомянутое отставание и опережение третьей и пятой основных последовательностей импульсов обеспечивают соответственно на углы jH-ii/2 и F/2-ti/2, длительность управляющих отпирающих импульсов третьей и четвертой основных последовательностей обеспечивают равной /2-ot, а пятой и шестой - равной jT-ot, гдео угол регулирования. , Устройство для осуществления предложенного способа, содержащее задающий генератор, распределитель импульсов, два выхода которого через усилительно-развязывающий узел подключены к управляющим входам ключей средней стойки, снабжено модулятором ширины импульсов, делителем частоты и четырехканальньи логическим узлом, к вхо дам которого подключены выходы распределителя импульсов, модулятора ширины импульсов и делителя частоты, а , . его выходы через усилительно-развязывающий узел соединены с выводами для подключения к управляющим входам ключей фазовых стоек., На фиг..1 изображен двухфазный инвертор, выполненный на базе трехфазной мостовой схемы; на фиг. 2 - алгоритм управления ключами инвертора и выходное напряжение инвертора, сформированные по данному способу управления, для случая активно-индуктивной (а) и активной нагрузки (б); на. фиг. 3 - принципиальная схема управления инвертором для реализации способа управления; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы управления. Принцип формирования последовательностей управляющих импульсов ключами }-6 двухфазного инверторов (фиг.1) по предложенному способу поясняется временными диаграммами на фиг. 2 а, где и Ug - алгоритмы управления.ключами 1-6 инвертора; UA,Ug, д, i фазные напряжения и токи инвертора. Устройство для осущертвления способа управления двухфазным инвертором содержит задающий генератор 7, делитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, модулятор 10 ширины импульсов, логический узел 11 и усилительноразвязывакяций узел 12. Логический узел П выполнен четырехканальным. В состав каждого из каналов входят четырехвходовые логические элементы И-НЕ 13-16, трехвходовые логические 5 рлементы И-НЕ 17-22 и двухвходовые логические элементы И-НЕ 23-26. Задающий генератор 7 подключен к делителю 8 частоты и модулятору 10 ширины импульсов. Выход делителя 8 частоты подключен к счетному входу распределителя 9 .импульсов. Выходы модулятора 10 ширины импульсов, делителя 8 частоты, распределителя 9 импульсов подключены к входным выводам логических элементов И-НЕ 13-20 и 25, 26 логического узла, а выходы логических элементов И-НЕ 21, 22 и 23, 24 подключены к усилительно-развязывающему узлу 12, выходные выводы которого под ключены к управляющим входам ключей 1-6, инвертора. Все временные интервалы задают по отношению к началу отпиракнцего импульса первой последовательности. На интервале проводимости 0-}Г/2 в соответствии с основными посЛедовательностягш управляющих импульсов формируют отпирающие сигналы для ключей 1 и 5 и запирающие сигналы для ключей 2 и 6. Для ключей 3 и 4 на этом же интервале формируют изменяющийся широтно регулируемый сигнал. Так на интервале 0-7Г/2 в соответствии с третьей дополнительной последовательносвью .открывают ключ 3 (импульс на фиг.2 а защтрихован) и закрывают ключ 4. На интервале oL/2 -(J/2-ol/2) в соответствии с основной последовательностью уп равляющих импульсов формируют отпирающий сигнал для ключа 4 и запирающий сигнал для ключа 3, а на интервале (J/2-cpt./2) -Т/2 формируют запирающие сигналы для обоих ключей 3 и 4. На ин тервале проводимости ЗГ/2-Т формируют отпирающий сигнал для ключа 1 и запирающие сигналы для ключей 2, 3 и 4. Для управления ключами 5, 6 формируют сигналы управления, аналогичные описанным сигналам ключей 3 и 4. Фазовый сдвиг последовательностей управляющих сигналов ключей 2, 4 и 6 относительно ключей 1, 3 и 5 равен JT , и дальнейшее формирование управляющих сигналов производится аналогично. Максимальная величина угла регулирования «t/ равна Т/2 (при этом Уд Ug о). Б этом.случае длительность закрытого состояния ключа 4 на интервале О-Т/2 и ключа 6 на интервале jr/2-t)r также равна Т/2. Так как фазный угол нагрузки Ч не превьшает з.на чения П72 (при чисто индуктивной нагрузке) , то для избежания искажающего 3 воздействия нагрузки на форму вь&одного напряжения на основном интервале 0-W2 формируют сигнал, отпирающий .ключ 3 инвертора, д штельностью не более об/2, и отпирающий сигнал такой же длительности для ключа 5 на основном интервале ЗГ/2-Т. При режиме прерывистых токов нагрузки, т.е. когда фазный ток, например 1д, спадает до нуля на участке проводимости Т/2-(J+ct/2), длительность отпиЕ ающегЬ сигнала дополнительной последовательности импульсов может быть задана меньше об/2 или даже равной нулю. Кро ме того, на участках О-Ж/2 иЖ-3//2 длительность сигналов опираинцих ключей 6 и 5 инвертора может быть также уменьшена пропорционально углу, при котором фазный ток принимает нулевое значение. Это может быть сделано заранее программным способом, когда параметры нагрузки известны, либо по сигналу обратной связи по току. В предельном случае активной нагрузки или когда фазный ток спадает до нуля за время, меньшее длительностью половины регулировочной паузы oi , сигнал управления ключами 5 и 6 инвертора принимает вид, аналогичный сигналам третьей и четвертой основных последовательностей (фиг. 2 б), а необходимость в формировании допол-j нительных последовательностей импульсов пропадает. Уменьшение длитель ости управлякнцих и fflyЛьcoв основных последовательностей сигналов управления ключами инвертора позволит улучшить его энергетические локазатели, а также упростить устройство для его реализации. случае, когда качество выходного тока инвертора не удовлетворяет потребителя, регулировочная пауза может быть сформирована на том же ин-. тервале проводимости, но состоящей из нескольких пауз, соответственно меньшей длительности каждая. Однако и в этом случае при формировании последовательностей управляющих импульсов для ключей 3-6 на соответствующих интервалах в соответствии с дополнительными последовательностями импульов формируют отпираквцие сигналы тольо на интервале, диительностью не ольше ci/2, что является целесообразым с энергетической точки .зр,ения и остаточным для сохранения постонства формы фазного напряжения при |изменении параметров нагрузки и углов регулирования во всем диапазоне. Рассмотрим работу устройства для осуществления способа управления двух фазньм инвертором. Задающий генератор 7 определяет выходную частоту инвертора и осуществляет синхронизацию работы отдельных узлов. Делитель 8 частоты, вьтолненный, например, в виде триггера, определяет зону возможного существования импульсов дополнительных последовательностей управляющих сигналов, равную1Г/4. Прямой выход триггера делителя 8 частоты подключен к счетному входу распределителя 9.импульсов, вьшолненного по пересчетной кольцевой схеме на триггерах 3 К-типа. Модулятор О ширины импульсов по сигналу Uy осуществляет изменение длительности регулируемой паузы oL . Он может быть выполнен, наиркмер, в виде генератора 27 пилообразного напряжения, компаратора 28 и логиче(Йсого элемента НЕ 29. Собственно задающий генератор 7 и модулятор О ширины импульсов могут быть выполнены совмещенными в виде одного узла, выполняющего обе функции. Выходы 30-33 распределителя 9 импульсов, инверсньй выход триггера делителя 8 частоты, а также выходы компаратора 28 и логического элемента НЕ 29 модулятора 10 ширины импульсов подключены к входным выводам лозрического узла 1. Рассмотрим формирование последо- вательности управляюпщх Ш1цульсов по )чвум каналам (например ключами 4 и 5) логического узла 11. К входным выводам логического элемента Й-ИЕ 17 подключены выходы 30, 32 распределите1ЛЯ 9 импульсов и выходы компаратора модулятора Го шириш 1 импульсов. На выходе при этом формируют сигнал вид и (фиг. 4). К входным выводам логи ческого элемента И-НЕ 13 подключены выходы 31, 33 распределителя 9 импул сов, инверсньй выход триггера, делителя 8 частоты и выход логического элемента НЕ 29 модулятора 10 ширины импульсов. На выходе логического эле мента 13 при этом формируют сигнал в да Цу Сигналы Ц и U поступают на вход логического элемента 23, н выходе которого при получают уп равлякщий сигнал U , который после усиления поступает на управляющий вх ключа 4 инвертора. При формировании равляющего сигнала Uj на вход логиче кого элемента И-НЕ 19 поступают сигналы с выходов 30 и 33 распределителя 9 импульсов и сигнал с выхода компаратора 28 модулятора IО ширины импульсов. На выход логического элемента И-НЕ 15 поступают сигналы с выходов 31,32 распределителя 9 импульсов, сигнал с инверсного выхода триггера делителя 8 частоты и с выхода логического элемента НЕ 29 модулятора 10 ширины импульсов. На вход логического элемента И-НЕ 25 поступают сигналы с выходов 30 и 32 распределителя 9 импульLU- и с выходов СОВ. Сигналы U соответствующих логических элементов И-НЕ поступают на вход логического элемента И-НЕ 21, на выходе которого формируют сигнал цпя управления ключом 5 инвертора вида 0 (фиг.4). Сигналы и и Ug в логическом узле 11 формируют аналогично (см. временные диаграммь на фиг. 4). Так как регулирование выходного напряжения может осуществляться при помощи различных алгоритмов широтноимпульсного регулирования в указанных временных интервалах и для указанных . ключей инвертора, то могут изменяться и некоторые узлы блока управления инвертора (например логический). Интересньм 1гредставляется устройство, в котором может осуществляться бесконтактное изменение числа регулировочных импульсов в процессе регулирования выходной частоты инвертора. Для этого генератор 27 пилообразного напряжения модулятора 10 ширины импульсов должен быть выполнен автономным, т.е. должна отсутствовать связь между . ним и задающим генератором 7, или синхронизированным от дополнительного задающего генератора. Таким образом, данный способ управления двухфазным инвертором позволяет осуществить регулирование выходного напряжения при улучшении энергетических показателей cиcтe tt I управления и инвертора. Уменьшение длительности управляющих сигналов третьего и четвертого ключей инвертора на J/2 позволяет уменьшить статические потери в устройстве управления на Данный способ управления позволяет устранить несколько противотактных переключений ключей стойки инвертора. Это позволяет уменьшить на 46% дополнительные потери от сквозных токов. При выполнении ключей инвертора 9 на тиристорах уменьшается величина п терь от коммутационных токов. Данный способ управления двухфазным инвертором и устройство для его осуществления могут применяться в тех случаях, когда требуется преобразование постоянного напряжения в двухфазное с регулируемыми параметрами: час тотой и величиной выходного напряжения. Формула изобретения 1. Способ управления двухфазным ин вертором с шинами.питания, выполненным на базе трехфазной мостовой схемы и включающим в себя три стойки, каждая из которых состоит из двух последовательно включенных ключей, причем нулевой выходной вывод подключен к точкам соединения ключей средней стойки, а другие выходные выводы подключены к точкам соединения ключей фазных стоек, состоящий в том, что формируют шесть основных периодически .с ч&стотой выходндго напряжения последовательностей управляющих импульсов, причем первую и вторую пос;&дова тельности управляющих импульср, обес печивающих открытое длительностью JT состояние ключей, подают соответственно на управляющие входы ключей сре ней стойки, третью и пятую последовательности с отставанием и опережением по отношению к началу управляющих отпирающих импульсов первой последовательности подают на основных интервалах проводимости на управляющие входы ключей фазных стоек, подключенных к одной шине питания, четвертую и шес тую последовательности импульсов, сдв нутых по фазе на угол Ж по отношению к третьей и пятой последовательностям соответственно подают на управляющие входы ключей фазных стоек, подключенных к другой шине питания, при этом пятая и шестая последовательности управляющих импульсов обеспечивают от3крытое состояние ключей одной фазной стойки на интервалах 0-77/2 иТ-37Х2 по отношению к началу управляющих импульсов первой последовательности, о тл и ч а ющ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности регулирования выходного напряжения и улучшения энергетических показателей, формируют четыре дополнительные периодические последовательности импульсов, обеспечивающие открытое длительностью oi/2 состояние ключей фазных стоек, сдвинутых по отношению к управлякидим импульсам третьей, четвертой, пятой и шестой основных последовательностей соответственно на уголТ- /2, упомянутое отставание и опережение третьей и пятой основных последовательностей импульсов обеспечивают соответственно на угтлЖ+о1/2 и Y/2-OL/2, длительность управляющих отпирающих импульсов третьей и четвертой основных последовательнйстей обеспечивают равной Т/2-(, а пятой и шестой - равной ЗГ-ot, где з6 - угол регулирования. 2. Устройство для осуществления способа по п. , содержащее задающий генератор, распределитель импульсов. два выхода которого через усилительноразвя зывающий узел подключены к управляницим входам ключей средней стойки, отличающееся тем, что, оно снабжено модулятором ширины импульсов, делителем частоты и четырехканальным логическим узлом, к входам которого подключены выходы распредеителя импульсов, модулятора ширины мпульсов и делителя частоты, а его через усилительно-развязываюий узел соединены с выводами для одк1вочения к управляющим входам клюей фазных стоек. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Коссов О.А., Хасаев О.И. Полостью управляемые тиристоры в устойствах автоматики. М.,- Энергия, 970, с. f12.

&ff

0 % IT 2

t±}

фуг.З