Способ управления трехфазным мостовым инвертором Советский патент 1981 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильнык преобразователях часто ты для регулирования и улучшения га монического состава выходного напря |жения путем его широтно-импульсной .модуляции. Известен способ управления трехфазным преобразователем частоты, основанный на формировании синусоидальных выходных напряжений в инверторе с индивидуальной коммутацие При данном способе управления также используют нулевой режим работы вен тилей в течение 1/6 части периода поочередно для каждой фазы. В течение указанной 1/6 части периода в двух других фазах осуществляют поочередное управление вентилями каждой фазы на каждом тактовом интервале в соответствии с синусоидальным законом модуляции р.} Недостатками данного способа является значительное число переключений силовых вентилей и невозможность реализации его в инверторах с групповой коммутацией. Наиболее близким к предложенному является способ управления трехфазным мостовым инвертором, состоящий в том, что подключают непрерывно в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую. экстремгиЯьное значение, к соответствующему зажиму источника питания, и в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, переключают в течение указанной шестой части периода другую фазу от одного зеикима источника питания к другому на Ксокдом тактовом интервале, задерживают подключение третьей фазы в течение указанной шестой части периода к одному зажиму источника питания и переключают эту фазу во второй половине указанной шестой части периода от одного зажи- ма источника питания к другому на каждом тактовом интервале. Переключение двух указанных фаз осуществляют в соответствии с принятым законом модуляции 2. Недостатком данного способа является значительное гисло переключений силовых вентилей, что ухудшает энергетические показатели инвертора. Цель изобретения - улучшение эйер гетических показателей путем снижения числа переключений силовых вентилей. Поставленная цель достигается тем что в способе управления трехфазным мостовым инвертором, во второй половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания на время, определенное принятым законом модуляции. При синусоидальном законе модуляции время подключения равно длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине указанной шестой части периода. При несинусоидальном законе модуляции время подключения меньше длительности подключения фазы, опережаю щей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в перво. половине указанной шестой части периода. На фиг. 1 представлен вариант схемы, реализующей способ управления на фиг. 2 - диаграммы импульсов управления вентилями, фазных и линей ного напряжений при глубине модуляции, равной i; на фиг. 3 - схемы замещения инвертора для интервалов импульса и паузы выходного напряжения Схема трехфазного мостового инвертора (см. фиг. 1) содержит венти.ли 1,2 фазы А; вентили 3, 4 фазы В вентили 5, б фазы CJ мост обратного тока на диодах 7-12, а также анодный 13 и катодный 14 узлы гашения (пока заны в виде ключей). К выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка 15-17, соответственно фаз А, В и С, соединенная в звезду. Имеется источник 18 питания инвертора. На фиг. 2 приведены диаграммы 19-24 импульсов управления, соответственно вентилями 1-6 инвертора (см. фиг. 1); диаграммы 25-27 фазных напряжений, соответственно ф А, в и С, диаграмма 28 линейного на пряжения линии АВ, моменты времени 29-36 на одной шестой части периода выходного напряжения, соответствующи переключению хотя бы одного вентиля На фиг. 3 приведены схемы замещения инвертора для интервалов времени 29-30, 30-31, 31-32, 32-33, .33-34, 34-35, соответственно фиг. За, 36, Зв, Зг, Зд, Зе. Период повторяемост для трехфазного мостового инвертора составляет ЬО эл. гращ., или шестую часть периода выходного напряжения. При данном способе управления одну фазу/ имеющую экстремалвное зн чение , непрерывно подключадпг к соот вел. ствующему зажиму источника питания (см. фчг. 2, диаграмма 22, интервап 9-35). В течение этого же времени ругую фазу, опережающую на 120 эл. град,непрерывно подключаемую фазу, переключают на каждом тактовом интервале отодного зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции (см.фиг. 2, последовательность 19,20). Переключение этой фазы осуществляют путем двухполярной ШИМ управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале производят попеременное включение вентилей обеих групп (анодной и катодной) одной фазы. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы к зажиму, противо- положному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале (см. фиг. 2, диаграмма 19 интервалы времени 31-32, 33-35). В течение этого же интервала времени (см. фиг. 2, интервал 29-35) третью фазу, отстающую на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, подключают с задержкой к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале в.соответствии с принятым законом модуляции. Подключение этой фазы осуществляют путем однополярной ШИМ управляющих сигналов, когда на ка1ждом тактовом интервале производят включение вентиля одной группы (анодной в рассматриваемом случае) этой фазы. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале (см, фиг. 2, диаграмма 23, интервалы времени 30-32, 33-34). Для реализации „способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего Фронта этих импульсов (см. фиг. 2, диаграмма 19). Число переключений силовых вентилей для одного периода выходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением , п 6 . 2 N , где N - число импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения. Импульсы управления, представленные на диаграммах 19-24 (см. фиг. 2) подают на вентили соответственно 1-6 инвертора (сМ. фиг. 1). Фазные напряжения, представленные на диаграммах 15-27 (фиг. 2), получаются при использовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого HHxepsajra работы инвертора, выходные линейные напряжения инвертора образуются путем ве торного сложения соответствующих фазных напряжений (см. фиг. 2, диаграммы 28, 25, 26). Пусть инвертор работает (см. фиг. 1) на нагрузку с коэффициентом мощности CosH 0,25 (Чу 75 эл. град.). Работа инверто ра рассматривается на одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаз одновременно, полная, картина фазных напряжений получаетс круговьми перестановками (рассматри ваемые моменты времени показаны.стрел ками на фиг. 2). Отсчет времени ведется с начала интервала 29-30. По задним фронтам импульсов управления (см. фиг. 2, диаграммы 19-24) венти лями анодной (катодной) группы сраба тывают анодный 13 (катодный 14) (см. фиг. 1) узлы гашения и выключа ют, соответственно , вентили анодно (катодной) группы. На интервале 2930 (см. фиг. 2) импульсы управления подают на вентили 2, 4 катодной гру пы инвертора (см. фиг. 1). Такое включение вентилей приводит к фотэми рованию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (см. фиг. За). В течение этого интервала токи направлены следующим образом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрицательному зажиму источника питания токи фаз В и С направлены от отрицательного источника питания через обратные диоды 10 и 12 к узлу нагрузки (см. фиг. За). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергией нагрузки между всеми фазами. На интервале 30-31 (см. фиг. 2) импульсы управления подают на вентили 2, 4 и 5. В течение этого- интервала токи фаз направлены следующим образом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрицательному зажиму источника питания; , т.ок фазы Б направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 10 (вентиль 4 закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки), к узлу нагрузки, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания 18 через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.Зб При этом в двух фазах А и В модуль фазного напряжения на нагрузке равен 1/ЗЕ (Е - напряжение источника питания инвертора), а в фазе С равен +2/ЗЕ Сем. фиг. 2, диаграммы 25-27), На этом интервале происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами А и В. На интервале 31-32 импульсы управления подают на вентили 1, 4, 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, поскольку направление тока в этой фазе остается неизменньп.) , к положительному зажиму источника питания, ток В, направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 10 к узлу нагрузки; ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.Зв), При этом в двух фазах А и С модуль фазного напряжение на нагрузке равен +1/ЗЕ, а в фаз.е В равен -2/ЗЕ (см. фиг. 2, диаграммы 25-27). На этом интервалё происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами А и С и рекуперация реактивной энергии наг)узки фазы В в источник питания. После перехода тока фазы В через нуль он направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источникапитания. Это переключение (с обратного диода 10 на вентиль,4) не влияет на распределение фазных напряжений и оно остается прежним до конца рассматриваемого интервала (см. фиг. 2, диаграм ы 25-27). После перехода тока нет рекуперации реактивной энергии нагрузки ь источник питания. На интервале 32-33 импульсы управления подают на вентили 2 и 4. В течение этого интервсша тока фаз направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены от узла нагрузки через открытые вентили 2 и 4 к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки (см., фиг.. Зг). Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (см. фиг.2,диаграммы 25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами. На интервале 33-34 импульсн 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 закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки) к положительному зажиму источника питания; ток фазы В направлен от узла нагрузки через вентиль 4 к отрицательному згокиму источника питания; ток фазы С направлен от положительного зажима источника питашия через вентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.3д При этом в двух фазах А и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен +1/ЗЕ, а фазы В равен -2/ЗК (см. фиг. 2, диаграммы 25-27).В течение этого ийтервсша происходит обмен

реактивно энергии нагрузки между фазами А и С. На интервале 34-35 импульсы управления подают на вентили 1, 4, В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом: .ток фазы А направлен от узла нагрузг :ки через обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания; ток фазы В направлен от узла нагрузки через вентиль I к отрицательному зажиму источника питания; ток фазы с направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 (направление тока не меняется относительно предыдущего интервала) к узлу нагрузки (см. фиг.Зе), При этом в двух фазах В и С модуль фазного напряжения на нагрузке равен -1/ЗЕ, а фазы А равен +2/ЗЕ (см. фиг. 2, диаграммы 25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами В и С и рекуперация реактивной энергии нагрузки фазы А в источник питания. Таким образом, на интерBajie 29-35, что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа трехфазного мостового инвертора-на активноиндуктивную нагрузку с % 75 эл.граД. по предлагаемому способу управления и построены кривые фазных напряжений. Полная картина фазных напряжений на периоде получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (см. фиг. 2, диаграммы 25-27). Линейные напряжения (см. фиг. 2, диаграммы 28) получают из соответствующих фазных напряжений. Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представ- ЛЯ5СТ собой последовательность широтно-модулированных импульсов, попарно-симметричных относительно друг . Форма выходных напряжений не зависит от характера нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента мощности от единицы до нуля. Относительная длительность импульсов линейного напряжения на каждом тактовом интервале равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же интервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции.- Следовательно, предлагаегФай способ управления позволяет сформировать на выходе инвертора с групповой коммутацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительность . которых модулирована по синусоидальному закону. .

Примечание изобретения позволяет улучшить энергетические показатели трехфазного мостового инвертора путем .снижения числа переключений силовых- вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной коммутацией,, так и в инверторах с групповой коммутацией. Это позволяет расширить область применения трехфазных мостовых инверторов.

Формула изобретения

1.Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключакнцийся в том, что в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу нагрузки,имеющую экстремальное значение, непрерывно подключают к соответствующему зажиму источника питания, переключают на каждом тактовом интервале фазу, опережакяцую на

120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу, от одного зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции, задерживают на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, подключение фазы, остающей;на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, на каждом тактовом интервале ив первой половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к зажиму, противоположному соответдтвующему зажиму источника питания, и отключают в конце каждого тактового интервала от указанного зажима источника питания, причем в качестве непррывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей во второй половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания на время, определенное принятым законом модуляции.

2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что при синусоидальном законе модуляции время подключения равно длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине указанной шестой части периода.

3.Способ поП., отлича.ющ и и с я тем, что при несинусоидалном законе модуляции время подключения меньше длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град.непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствуквдему зажиму источника питания, я первой половине указанной шестой части периода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2632494/07,

кл. Н 02 Р 13/18, 09.01.79.

.Hl

ff18

1h Hl

-ff7/|53 Jf S

io T

12.- S

30 3t 33 3f

H 11

I I I Ifin

iFt

2f

ffle

I M II II

r;,, „

гЛЛР1 г

тР

WR

чиии

is

1B17

Фаг. 1

ад

I It li H I

2S

Id

22

laObbr

41

niftP

10 Ш t

10

18

а)

1040

10

fff)

If .finlff 1 л 17

ID (0 t

JZ.

-ffS)

Фиг.З

e)