Способ управления трехфазным мостовым инвертором Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ .

I

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты для регулирования и улучшения гармонического состава выходного напряжения путем его ширЬтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Известны способы управления тиристорами трехфазных мостовых инверторов напряжения, состоящие в том, что в течение одной шестой части периода в другой фазе осуществляют поочередное управление вентилями путем двухполярной ШИМ управляющих сигналов, а в третьей фазе осуществляют комбинированное уЛравление путем двухполярно-однополярной ШИМ управляющих сигналов ид.

Недостатком известных способов является зависимость формы выходного . напряжения от параметров активноиндуктивной нагрузки, что приводит к ограничению диапазона регулирования выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ управления трехфазнь1м мостовым инвер тором, состоящий в том, что в каждую шестую часть периода выходного напряжения первую фазу нагрузки под ключают к первому зажиму источника питания, переключают внутри указанной шестой части периода на каждом

10 тактовом интервале фазу, опережающую на 120 эл.град. непрерывно подключаему фазу, от первого зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законбм модуляtsции, задерживают на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, подключение фазы, отстающей на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, причем в

20 качестве непрерывно подключаемой фазы поочердно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки L21. 3 . Недостатком известного способа яв ляется невысокая надежность, обусловленная значит.ельным числом переключений силовых вентилей. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей за счет снижения числа переключений силовых вентилей. Поставленная цель достигается тем что подключают задерживаемую фазу ко второму зажиму источника питания в конце второй половины указанной шестой части периода и подключают ее к первому зажиму источника питания в начале шестой части периода, отстающей на 60 эл.град. от указанной, причем интервал, в течение которого первую фазу подключ-ают к пе вому зажиму источника питания, формируют с опережением на 30 эл.град. по сравнению с интервалом, в течение которого непрерывно подключаемая фаза имеет экстремальное значение выходного напряжения. На фиг. 1 приведена принципиальна электрическая схема устройства управления трехфазным, мостовым инвертором; на фиг. 2 - диаграммы импульсов управления вентилями, фазных и линейного напряженийопри глубине модуляций, равной 1; на фиг.З - схемы замещения инвертора для интервалов импульса и паузы выходного напряжени Устройство управления трехфазным /. 1 мостовым инвертором (фиг. 1) содержи клеммы Для подключения вентилей 1 и 2 фазы А, вентилей ЗиЛ фазы В, вен тилей 5 и 6 фазы С, мост, обратного тока на диодах 7-12, анодный 13 и ка тодный И узлы гашения, клеммы для подключения фазных нагрузок 15-17, соединенных в звезду, клеммы для под ключения источника 18 питания. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 19-2 - диаграммы импульсов управления соответственнс вентилями -6,25-27 - диаграммы фазных напряжений соответственно фаз А, В и С 28 - диаграмма линейного напряжения линии АВ; 29-38 - моменты времени на одной шестой части периода выходного напряжения, соответствующие переключению хотя бы одного вентиля. Схемы замещения соответствуют сле дующим моментам: 29-30, 32-33, 35-36 (фиг. 3 а); 30-31, 33-3, 36-37 (фиг. 3 б); 31-32, , 37-38 (фиг. За). 0 При данном способе управления первую фазу подключают к первому зажиму источника питания (фиг. 2, последовательность 22, интервал 29-38). В течение этой шестой части периода выходного напряжения вторую фазу, опережающую на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу, переключают на. каждом тактовом интервале от первого зажима источника питания ко второму в соответствии с принятым законом модуляции (фиг. 2, последовательности 19 и 20). Переключение этой фазы осуществляют внутри указанной шестой части периода путем двухполярной ШИМ управляющих сигналов, когда на каж.дом тактовом интервале переключают без паузы вентили от первого зажима источника питания ко второму. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы ко второму заЖ1 му источника питания на каждом тактовом интервале (фиг. 2, последовательность 19, интервалы времени 31 и 32, 3 и 35, 37 и 38). В течение этого же интервала времени (фиг. 2, интервал 29 и 38) третью фазу, отстающую на 120 эл.град., от непрерывно подключаемой фазы, подключают с задержкой ко второму зажиму источника питания на каждом тактовом интервале а соответствии с принятым законом модуляции. Подключение задерживаемой фазы осуществляют путем од, .„,„, нополярнои ШИМ управляющих сигналов, j к -ч , когда на каждом тактовом интервале включают вентиль только одной группы (анодной в рассматриваемом случае) этой . Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы ко . второму зажиму источника питания на каждом тактовом интервале. При этом в первой половине и в начале второй половины указанной шестой части периода отключают задерживаемую фазу от второго зажима источника питания в конце каждого тактового интервала (фиг. 2, последовательность 23, моменты времени 32 и 35). В конце второй половины указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу ко второму зажиму источника питания (фиг. 2, последовательность 23, момент времени 36), а переключают эту же фазу к первому зажиму источника питания в начале следующей шестой части периода,отстающей на 60 эл.град, от указанной (фиг. 2, первый переход последовательности 23 в последовательность 2). Для непрерывно подключаемой фазы такое переключение соответствует первому, переходу последовательности 22 в последовательность 21, а для опережающей фазы - первому переходу последовательности 20 в последовательность 19 (фиг. 2, момент времени 31). Такой бескоммутационный переход управлявших сигналов вентилей каждой фазы из одного полупериода а другой приводит к снижению числа переключений силб&ыд- вентилей и, следовательно, к улучвеиию энергетических показателей инвертора. Число переключений силовых вентилей всех фаз Для одного периода вы ходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением п 6 2(Н - 1) где N - число импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения, кратное трем. При данном способе управления интервал, в течение которого одну фазу нагрузки непрерывно подключают к первому зажиму источника, опережает интервал, в течение которого непрерывно подключаемая фаза имеет экстремальное значение выходного напря жения на 30 эл.град. Для реализации предлагаемого способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего фронта этих импульсов (фиг. 2, последовательность 19, моменты времени 31, 3 и 37; последовательность 23 моменты времени 30, 33 и Зб). После рассмотрения импульсов управления венти(1ями всех фаз в течение периода повторяемости (фиг. 2, последовательности на интервале 29-38), легко про должить полученные последовательности путем круговых перестановок на весь период (фиг. 2, последовательности 19-2). Импульсы 19-2 управления (фиг.2) подают на вентили 1-6 инвертора (фиг. 1). Фазные напряжения (фиг. 2) получаются при использовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора по предлагаемому способу. 06 Выходные линейные напряжения инвертора образуются путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений (фиг. 2, последовательности 28, 25 и 26). Рассмотрим работу инвертора(фиг. 1) на нагрузку с коэффициентом мощности Cos Он-0,57 (0 55 эл.град.), пользуясь д иаграммами импульсов 19-2А управления (фиг. 2) предлагаемого способа. Работа инвертора рассматривав ется на Одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаз одновременно, полная картина фазных напряжений получается круговыми престановками. Рассматриваемые моменты времени условно показаны стрелками на фиг. 2 и обозначены 29-38. Отсчет времени ведется с отметки 29, соответствующей началу полупериода линейного напряжения А8 - последовательность 28. По задним фронтам импульсов управления (фиг. 2, последовательности 19 2k} вентилями анодной (катодной) группы срабатывают анодный 13 (катодный It) узел гашения и выключают соответственно вентили анодной (катодной) группы. На интервале 29-30 (фиг. 2) импульсы управления подают на венти1и 2 и катодной группы инвертора (фиг. 1). Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одно- . му отрицательному зажиму источника питания (фиг. Зсх). В течение этого интервала токи направлены следующим образом: токи фаз А и В направлены от узла нагрузки через открытые вентили 2 и t к отрицательному зажиму источника питания; т«5к фазы С направ-. лен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод.12 к узлу нагрузки (фиг. 3 )« За этот интервал времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами. На интервале 30-3 (фиг. 2) импульсы управления подают -на вентили 2, 4 и 5. В течение этого интервала токи 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 положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки (фиг. Зб). При этом в фазах А и В модуль фазногЪ напряжения на нагрузке равен 1/3 Е (Е - на пряжение источника питания инвертора) , а в фазе С равен 2/3 Е (фиг. 2 , последовательности 25-27). На интервале 31 и 32 импульсы уп равления подают на вентили 1, t и 5 В течение этого интервала токи направлены следующим образом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через об|эатный диод 7 к положительном зажиму источника питания; ток фазы от узла нагрузки через открытый вен тиль f к отрицательному зажиму исто ника питания; ток фазы С - от полож тельного зажима источника питания Мерез открытый вентиль 5 к узлу на грузки (фиг. 3&). При этом.в фазах и С модуль фазного напряжения на на грузке равен +1/3 Е, а в фазе В равен - 2/3 Е (фиг. 2, последовательности 25-27). На этом интервале про исходит обмен реактивной энергии на грузки между фазами А и С. В момент времени 32 оканчивается первый тактовый интервал последовательности 19 На интервалах 32-33 и З53б импульсы управления подают на вентили 2 и инвертора и в кривых фазных напряжений формируется нулевая пауза (фиг. За.). На интервалах 33-3 и 36-37 импульсы управления подают на вентили 2, и 5 инвертора. Схема замещения для этих интервалов та же что и для рассмотренного интервала 30-31 (фиг. 3S). На интервалах 3 и 35 и 37 и 38 импульсы управления подают на вентили 1, А и 5 инвертора. Схема замещения для этих интервалов та же, что и .для рассмотренного интервала 31 и 32 (фиг. 3). На интервале 37 и 38 ток фазы А переходит через нуль, при этом происходит переход тока с обратного вентиля 7 на открывшийся вентиль 1. Это переключение не влияет на распределение фазных напряжений и оно остается прежним до рассматриваемого ин тервала (фиг. 36)- После перехода то ка нет обмена реактивной энергии меж ду фазами Аи С..Таким образом, на интервале 29-38Т что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа трехфазного мостового инвертора на активно-индуктивную Нагрузку с 4ц 55 эл.град. по предлагаемому способу управления и построены кривые фазных напряжений. 0 Полная картина фазных напряжений получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (фиг, 2, последовательности 25-27). Линейные напряжения получают из соответствующих фазных напряжений (фиг. 2, последовательность 28). Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представляют собой последовательность широтно-модулйрованных импульсов, попарносимметричных относительно друг друга. Форма выходных напряжений не зависит от параметров активно-индуктивной нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента мощности от единицы до нуля. Относительная длительность импульсов линейного напряжения на каждом тактовом интервале при принятом законе модуляции равна .среднему значению синусоидальной кривой на этом же интервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции. Следовательно, предлагаемый способ управления позволяет сформировать на выходе инвертора как с индивидуальмой, так и с групповой коммутацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительность которых модулирована по синусоидальному закону. Предлагаемый способ управления позволяет улучшить энергетические показатели трехфазного мостового инвертора путем снижения числа переключения силовых вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией. Описанные.выше преимущества позволяют расширить область применения трехфазных мостовых инверторов. Формула изобретения Способ управления трехфазным мостовым инвертором, состоящий в том, что в каждую шестую часть периода выходного напряжения первую фазу нагрузки подключает к первому зажиму источника питания, переключают внутри указанной шестой части периода на каждом тактовом интервале фазу, опережающую на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу,от первого зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции, задерживают на время, равяое

минимальной паузе в выходном линейном напряжении, подключение фазы, отстающей на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочерёдно через шестую часть периода используют кажду из фаз нагрузки, отличающийс я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей за счет уменьшения числа переключений силовых вентилей, подключают задерживаемую фазу к второму зажиму источника питания в конце второй половины указанной шестой части периода и подключают ее к первому зажиму источника питания в начале шестой части периода, отстающей

на 60 эл.град. от указанной, примем интервал, в течение которого первую фазу нагрузки подключают к первому зажиму источника питания, формируют с опережением на 30 эл.град. по сравнению с интервалом, в течение которого непрерывно подключаемая фаза имеет экстремальное значение выхЬдного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. Н 02 Р 13/18, 1979.

кл. Н 02 Р 13/18, 29.01.80.

Н19

- )z

(риг-Z

,.|П.7

-0-f/zJ--:

0,