Способ управления многофазным инвертором тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК эц Н 02 М 7/521 ГОСУД АРСТОЕ ДЕЛАМ ИЗОБ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ И АВТОРСНОВЛУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ННЫИ КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРИТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 471646, кл. Н 02 Р 13/24, 1976.2. Авторское свидетельство СССРВ 473271, кл, Н 02 Р 13/08; 1976.3. Авторское свидетельство СССРВ 426653, кл. Н 02 Р 13/18, 1974.4. Авторскоесвидетельство СССРФ 917298, кл. Н 02 Р 13/16, 1978.(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОфАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ ТОКА, выполненным ввиде многофазного трансформ%тора,средние точки первичной обмотки ко=торого образуют выходные выводы инвертора, а концы обмоток подключенык входам двух ииодных мостов, нагруженных на основные управляемые ключи, вторичная многофазная обмоткаподключена к входу управляемого инверторного моста, выводы постоянноготока которого образуют входные выводы инвертора, зашунтированные дополнительным управляемым ключом, анодкоторого соединен с анодами двух основных управляемых ключей через первые коммутирующие конденсаторы, а ка"тод через коммутирующий дроссель ивторые коммутирующие конденсаторысоединены с катодами основных управляемых ключей, заключающийся в том,что формируют синхронизированноес сетью пилообразное опорное напряжение кратной но отношению к сетевойчастоты, формируют постоянное напря" жение управления, сравнивают его с опорным напряжением, в результате сравнения формируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих импульсов, выделяют из нее две последовательности импульсов, сдвинутых между собой на угол к одну иэ которых подают.на управляющий вход одного иэ двух основных управляемых квочей, а другую - на управляющий вход второго основного управляемого ключа, формируют четвертую последовательность импульсов, инверсную по отношению к первой, которую подают на управляющий вход, дополнительного управляемого ключа,. формируют пятую, шестую, седьмую, восьмую, девятую и десятую последовательности импульсов с частотойю сети, сдвинутых между собой нал угол п /3; каждую из которых логически перемножают с второй и третьей последовательностями импульсов, формируют первую группу импульсов путемлогического перемножения второй пос-,ледовательности с вестой, восьмойи десятой последовательностями импульсов, третьей - с пятой, седьмойи девятой, формируют вторую группуимпульсов путем логического перемножения второй последователей ности импульсов с пятой, седьмой и девятой,третьей - с шестой, восьмой и десятой, о т л и ч а ю щ и й с я тем,,что, с целью повышения качества токамногофазного инвертора путем широт,ной модуляции, импульсного тока по.Ла ПодписноеССР а 4/5 аб.; П "Патент", г,ужгород, ул,Проектна 943/44 ВНИИПИ Госуда по делам изо 113035, Москв Составитель А.ПридатковТехред С,Легеза Корректор А.Обруча Тираж Ь 46твенного комитеетений и открыт Ж, Раушская1144180 моста. импульсов последовательностей с пятой по десятую устанавливают равной Я , формируют дополнительныеА три последовательности импульсовдвойной по отношению к .сетевой часто-.ты, длительностью 23, сдвинутыхмежду собой на угол 23, формируютсинхронизированные сетью дополнительные пряму 1 о и инверсную последовательности импульсов одинаковой скважности частотой, в шесть раз большейчастоты сети, дополнительные прямуюи инверсную последовательности логически перемножают с второй и третьейпоследовательностями,у полученных врезультате перемножения дополнительной прямой и третьей и дополнительной инверсной и второй последовательнос-тей импульсов осуществляют эадержИзобретение относится к электротехнике и может найти применение в трехфазных мостовых ииверторах тока, работающих на сеть соизмеримой мощности в случаях, когда необходимо 5обеспечить качество нацряжения сети при значительно уменьшенных весогабаритных показателях сетевых фильтровИзвестны способы управления многофазными инверторами тока, обеспечивамцие широтно-импульсное регулирование выходного напряжения нли тока с модуляцией по синусоидальному заону в автономных инверторах, позво -ляющие получить форму тока нли напря жения, близкую к синусоидальной ЯЗД .Недостатком данных способов является то, что они не пбзволяют осуществить передачу энергии от источника .20 постоянного тока в многофазную сеть.Наиболее близким к изобретению является способ управлениМ многофаэным инвертором тока, выполненньм в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки кото Рого образуют входные выводы инвертора, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управляемые .ключи, 30 вторичная многофазная обмотка подключена к входу инверторного моста, выку переднего .фронта на времяау полученных в результате перемножения дополнительной прямой и второйи дополнительной инверсной и третьейпоследовательностей импульсов осу-ществляют задержку переднего фронта на время 12, где 11 задержанныеимпульсы логически суммируют с каждой из трех дополнительных последова тельностей импульсов, полученные импульсы логически перемножают с первой группой импульсов и подают на управляющие входы ключей. анодной группы управляемого инверторного моста , а также - с второй группой импульсов и подают иа уп-равляющие входы ключей катодной группы управляемого инверторного4 воды постоянного тока которого образуют выходные выводы инвертора, зашунтированные дополнительным управ" ляемым ключом, анод которого соединен с анодами двух основных уйравляемых ключей через первые коммутирующие конденсаторы, а катод через коммутирующий дрсссель и вторые коммутирующие конденсаторы - с катодами основных управляемых ключей, заключающийся в том, что формируют синхронизированное с сетью пилообразное опорное напряжение кратной по отношению к сетевой частоты, формируют постоянное напряжение управления, сравнивают его с опорньи напряжением, в результате сравнения формируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих импульсов, выделяют из нее две последовательности импульсов, сдвинутых между собой на угол 9 , одну из которцх подают на управляющий вход одного из двух основных управляемпс ключей, а вторую - на управляющий вход второго основного управляемого ключа, формируют четвертую последо 1 вательность импульсов, инверсную по отношению к первой, которую пбдают на управляющий вход дополнительного управляемого ключа, формируют пятую, шестую, седьмую, восьмую, девятую3 1 1,441и десятую последовательности импульсов длительностью 2/37 с частотойсети и сдвинутых между собой наугол и /3, каждую из которых логичес-,ки перемножают с второй и третьейпоследовательностями импульсов, формируют,первую группу импульс сов путемлогического перемножения второй последовательности с шестой, восьмойи десятой, третьей - с пятой, седь Омой и.девятой, подают на управляющиевходы управляемых вентилей аноднойгруппы дополнительного моста, формируют вторую группу импульсов путемлогического перемножения второи5последовательности с пятой, седьмойи Девятой, третьей - с шестой, вось- .мой и десятой, подают на управляющиевходы вентилей катодной группы дополнительного моста, причем распределение управляющих импульсов осуществляют так, что в момент их подачи управляемые вентили дополнительного мостанаходятся под обратным напряжениемвторичной обмотки трансформатора 41 Ъ 5Недостатком известного способауправления является то, что ток инвер.тора выглядит в виде па ки импульсовпрямоугольной Формы с регулируемойскважностью. Такая Форма тока обусЗОлавливает наличие кроме основной гармоники и гармоники с частотой комму -тации спектра нечетных гармоник, которые могут вызвать значительные нелинейные искажения напряжения приработе с сетью соизмеримой мощности.35Цель изобретения - повышение качества .тока многофазного инверторапутем широтной модуляции импульсноготока по синусоидальному закону,40Поставленная цель достигается тем,что согласно способу управления многофазным инвертором тока, выполненным в виде многофаэного трансформа-.тора, средние точки первичной обмот" 45ки которого образуют выходные выводыинвертора, а концы обмоток подключены к входам двух диодных мостов, на",груженных на основные управляемыеключи, вторичная многофазная обмотка трансформатора подключена к входууправляемого инверторного моста, выводы постоянного тока которого образуют входные выводы инвертора, эашунтированные дополннгельным управляемым ключом, анод которого соединен с анодами двух основных управля"емых ключей через первые коммутиру 80ющие конденсаторы, а катод. через коммутирующий дроссель и вторые ком мутирующие конденсаторы - с катодами основных управляемых ключей, заключающемуся в том, что формируют синхронизированное с сетью пилообраэ" ное опорное напряжение кратной по отношению к сетевой частоты, формируют постоянное напряжение управления, сравнивают его с опорным напряжением, в результате сравнения фор-мируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих. импульсов, выделяют из нее две последовательности импульсов, сдвинутых между собой на угол Я , одну иэ которых подают на управляющий вход одного из основных управляемых ключей, а вторую - на управляющий вход второ" го основлого управляемого ключа, фор. мируют четвертую последовательность управляющих импульсов,.инверсную по отношеноо к первой, которую подают на управляющий вход дополнительного .управляемого ключа, Формируют пятую, шестую, седьмую, восьмую, девятую и десятую последовательности импуль-сов с частотой сети и сдвинутых между собой на угол/3, каждую из ко.1 Ъторых логически перемножают с второй и третьей последовательнос-ями импуль сов, формируют первую группу импульсов путем логического перемножения второй последовательности с шестой, восьмой и десятой последовательностя ми импульсов, третьей - с пятой, шес-. той и девятой, Формируют вторую группу импульсов путем логического перемножения второй последовательности импульсов с пятой, седьмой н девятой, третьей - с шестой, восьмой и десятой, длительность импульсов последовательностей с пятой по десятуюстанавливают равной ю, формируют дополнительные три последовательности импульсов двойной по отношению к сетевой часто" ты длительностью 2/Зн и сдвинутьд между собой на угол 2/3 1 , Формируют синхронизированные с сетью допол-нительные прямую и инверсную последовательности импульсов одинаковой скважноети частотой, в шесть раз большей частоты .сети, дополнительныепрямую.и Инверсную последовательности логически перемножают с второй и третьей последовательностями, у по. лученных в результате перемножения дополнительной прямой и третьей и114418 дополнительной инверсной и второйпоследовательностей импульсов осуществляют задержку переднего фронтана время с 1, а у полученных в результате перемножения дополнительной прямой и второй и дополнительной инверсной и третьей последовательностейимпульсов осуществляют задержку переднего фронта на время С, гдеС задержанные импульсы логизчески суммируют с каждой из трехдополнительных последовательностейимпульсов, полученные импульсы логически перемножают с первой группойимпульсов и подают на управляющие 15входы ключей анодной группы управляемого инверторного моста, а также -с второй группой импульсов и подаютна управляющие входы ключей катодной группы управляемого инверторного 26моста,На фиг. 1 приведена функциональнаясхема системы управления инвертором,иллюстрирующая предлагаемый способуправления на Фиг. 2 - графики токов 25и напряжений на фиг, 3 - принципиальная схема силовой части инвертора.Система управления инвертором содержит формирователи 1-10 импульсов,синхронизирующий трансформатор 11, З(блок 12 выделения гармоники, генератор 13 пилообразного опорного напряжения, компаратор 14, двухвходовыеэлементы И 15-30, инвертор 31, Формирователи 32-35, элементы 36 и 37задержки, двухвходовые элементы 3843 совпадений, элементы ИЛИ 44-46.На Фиг. 2 изображены сигналы навыходах соответствующих элементова также фазные токи инвертора ,1,вф аСидовая схема инвертора (Фиг.З)содержит силовой трансформатор 47,диодные мосты 48 и 49, основные управляющие ключи 50 и 51, коммутирующие конденсаторы 52-55, вторичнуюобмотку трансформатора 56, инверторный мост на вентилях 57 62, генератор 63 постоянного напряжения дополнительный управляемый ключ 64, дроссель 65 и систему 66 управления.функциональная схема системы управления преобразователем фиг.1)содержит формирователь 1 импульсовпрямоугольной Формы , частота следования которых равна бпла сети, где11 = 1,2,3, Выход формирователя 1соединен с входами формивателей 2 0 Ьи 3 импульсов, сдвинутых под угломер,частота следования которых вдвоеменьше частоты первой последователь-ности импульсов, и входом формирова.теля 4, Передние Фронты импульсов,формирователей 2 и 3 синхронизируютуправляющие импульсы, подаваемые науправляющие входы основных управляемых ключей 50 и 51, Передний фронтимпульсов Формирователя 4 синхронизируют .управляющие импульсы, подава"емые на управляющий вход дополнительного управляемого ключа 64.Выход формирователя 3 соединен содними из входов элементов И 15, 17,19, 23 и 25, выход формирователя 2 -с одними из входов элементов И 16,18, 20, 22, 24 и 26.Выходы формирователей 5-10 последовательностей импульсов длительностью ц. с частотой сети и сдвинутых последовательно между собой наугол ц /3 соединены с остальнымивходами элементов И,Входы Формирователей 5-10 и блока 12 выделения гармоники повышенной частоты сети.бой соединены свторичными обмотками синхронизируощего трансформатора 11. Блок 12 выделения гармоники синхронизирует генератор 13 пилообразного опорногонапряжения, Это опорное напряжениеи напряжение управленияО ) поступают на вход компаратора 14, которыйпереключается в момент их сравненияи управляет формирователем 1 управляющих импульсов.Выходы элементов И 27, 28 и 29,ЗО соединены с входами элементов 37и 36 задержкипереднего Фронта импульсов соответственно.Первые входы элементов И 27, 3028 29 соединены с выходами формирователей 2 и 3 соответственно, вторые входы элементов И 27, 29 и 28,30 - с выходами иивертора 31 и форм.рователя 32 соответственно. Вход Формирователя 32 связан с одной из Фазвторичных обмоток сиихронизирующеготрансформатора 1 1, а его выход - свходом инвертора 31,Входы формирователя 33-35 соединены с вторичными обмотками синхронизи. рующего трансформатора 11, а выходы каждого из йих - с первыми входами элементов ИЛИ 44-46 соответственно. ( Вторые входы элементов ИЛИ 44-46 сое динень 1 между собой и с выходами зле-,(Фиг. 1), образующим последовательность 01 (Фиг. 2). Формирователи 25 и 3 (фиг. 1) выделяют из нее последовательности Б и Б(Фиг. 2).Формирователь 4 инвертирует импульсы последовательности Б 1 и образует последовательность 04 (фиг. 2)О Импульсы последовательностей 0,П 1,и П поступают на управляющиевходы основных дополнительных управляемых ключей 50, 51 и 64 (фиг.3)соответственно,иуправляющие импульсы, Подаваемыена управляющие входы ключей 57-62управляемого моста (фиг. 3), получаются в результате логического пЕремножения произведения последовательностей импульсов П - 01 О (фиг. 2,Ц, - Б ) и логической суммы последо-,вательностей Ц, Пн, 11, (Фиг. 2) изадержанных импульсов Уи Пз (фиг.2)Задержанные импульсы с большим временем задержки переДнего фронта формируются элементом 36 задержки(Фиг. ) из импульсов, полученных врезультате логического перемноженияОпоследовательностей П и 0 0 и 02) ф 31иу, и ). Задержанные импульсы с меньшим временем задержки(фиг. 2, 01) переднего фронта формируются элементом 37 задержки (фиг.1)из импульсов, полученных в результате логического перемножения после.довательностей Б и П П и Н31 3 12При включении дополнительного управляемого ключа 64 в якорной цепиэлектрической машины 63, работающейв генераторном режиме, начинает нарастать ток, и она стремится перей"ти в режим короткого замыкания, Одновременно от диодных мостов 48 и49 через ключ 64 и дроссель 65 заряжают конденсаторы 52-55 с полярностью, указанной на фиг. 3 беэ скобок.Импульс последовательности Ц включает ключ 50. мпульс последовательности Ц П, (фиг. 2) логически пере 7 11 ментов 36 и 37 задержкч. Выход элемента 44 соединен с первыми входами элементов И 38 и 41, выход элемента 45 - с первыми входами элементов И 39 и 42. Выход элемента ИЛИ 46 соединен с первыми входами элементов И 40 и 43, вторые входы элементов И 38-43 - с выходами ячеек 15-26,Выходы элементов И 38-43 соединены с управляющими входами ключей 57- 62 управляемого тиристорного моста соответственно.Основу силовой части преобразователя, на примере работы которого рассмотрим предлагаемый способ управле ния, составляет многофазный трансформатор (фиг. 3). Кааждая из фаз его первичной обмотки 47 состоит из двух секций, вклоченных послЕдовательно и согласно. Начала и концы первичной обмотки через диодные мосты 48 и 49 закорачиваются с помощью основных управляемых ключей 50 и 51. Положительные выводы этих мостов и аноды основных управляемых ключей соединены двумя последовательно включенными коммутирующими конденсаторами 52 и . 53, отрицательные выводы и катоды- конденсаторами 54 и 55. Иногофазная сеть через Фильтр подключена к средним точкам первичной обмотки 47. Вторичная обмотка 56 трансформатора через управляемый тиристорный мост 57-62 подключена к якорю электрической машины 63 постоянного тока, причем анодная группа ключей моста к положительному выводу якоря, а катодная - к отрицательному. Якорная цепь щунтнрована дополнительным управляемым ключом 64.Положительный вывод якорной цепи подключен к точке соединения конденсаторов 52 и 53, а отрицательный, через коммутирующий дроссель 65 - к точке соединения конденсаторов 54 и 55, Управляющие импульсы, включающие тиристоры, формируются системой 66 управления.Работу устройства, реализующегопредлагаемый способ, рассмотрим для случая трехфазной сети и кратности повышенной частоты о = 4, т.е, частота коммутации будет составлять 1200 Гц.В системе управления инвертором Мв момент сравнения опорного пилооб,разного напряжения и напряжения управления компаратор 14 переключаетмножается элементом И 39 с сигналомн 1" на выходе элемента ИЛИ 45 (фиг.1)111 обусловлена наличием на одном из входов, элемента ИЛИ 45 "1", поступающей с выхода формирователя 34(фиг. 2, 01 ). На выходе элемента 39совпадения появляется сигнал беззадержки (Фиг. 2, П ) . Импульс последовательности Б Бне проходит11441 Следующий этап инвертирования начинается в момент появления на выходеформирователя 1 очередного сигнала, Импульс последовательности У включает ключ 51. Импульс последовательчерез элемент И 41, потому что навтором его входе присутствует сигнал "0", так как на входы элемен"та ИЛИ 44 поступают сигналы "0" свыхода формирователя 33 и элементов 36 и 37 задержки (фиг, 2, О 1 ь,01 ). Импульс последовательности ПБ (фиг, 2) логически перемножаетсяэлементом И 43 с сигналом "1" на вы 1ходе элемента ИЛИ 46, так как формирователь 35 подает на вход ячейки 46сигнал "1".Иа выходе ячейки 43 появляетсясигнал без задержки. Сигналы элементов И 39 и 43 включают ключи 58 и 1362 (фиг, 3) т.е. одновременна включаются три ключа 50, 58 и 62, Приэтом конденсаторы 52 и 54 перезаряжаются по цепи: элементы 52, 50, 54,65, 64, 52 с полярностью, укаэанной 20на фиг. 3 в скобках, и выключаютключ 64. Ток якорной цепи переводится через ключи 58 и 62 в фазы В и Свторичных обмоток трансформатора(фиг, 2, 1, 1 о), причем направление тока противоположно напряжению,возникающему в этих обмотках послевключения ключа 50, собирающего через мост 48 начала первйчных обмоток 47 трансформатора в "звезду". зоНачинается этап инвертирования токав сеть. Затем на выходе элемента 36задержки появляется сигнал "1",проходит через элемент ИЛИ 44, и вэлементе И 41 логически перемножает-ся с сигналом последовательности 01,Ц . При этом включается ключ 60. Такгкак встречное напряжение в фазе Сменьше встречного напряжения в Фазе А, ток инвертирования переключа- щется из фазы С в фазу А, а ключ 62выключается (фиг. 2 ь 1 аТью ."с)Теперь ток идет только по фазам Аи В,В момент очередного включенияключа 64 сигналом последовательнос"ти 0 процесс инвертирования оканчивается, и начинается очередной процесс накапливания, энергии в якорнойцепи электрической машины 63. При у 0этом конденсаторы 52 и 54 вновь перезаряжаются по той же цепи с полярность, указанной на фиг. 3 без скобок,80 10ности 01, Бзаде ржнвае тся элементом 37 задержки, а импульсы последовательностей 01 Со и Ц, П.вклю." чают ключи 59 й 61 без задержки, так как на выходах формирователей 33 и 35 присутствует сигнал "1", и,стало быть, на входах элементов И 40 и 42 так же присутствует "1", следбвательно, теперь одновременно включаются ключи 51, 59 и 61. При этом конденсаторы 53 и 55 перезаряжаются по цепи: элементы 53, 51, 55, 65, 64, 53, и выключают ключ 64, Ток якор;:1 ной цепи переводится через ключи 59 и 61 в фразы В и С .вторичной обмотки трансформатора 56. А так как ключ.51 через диодный мост 49 собрал в "звез. ду" первичные обмотки 47 трансформатора, в Фазах В и С появляется напряжение, направленное против токов этих фаз, т,е. происходит процесс инвертирования. После паузы, обусловленной элементом 37 задержки, меньшей, чем на предыдущем этапе инвертирования, когда задержку переднего фронта импульсов, включающего ключ "фазы А, обеспечивал элемент Зб, появляется управляющий импульс на выходе элемента И 38, включающий ключ 57 Фазы А. Так как встречное напряжение Фазы С больше в этот момент времени чем Фазы А, ток фазы С переключается на Фазу А и ключ 59 выключается. Теперь ток инвертирования протекает тслько по Фазам А и В. Процесс инвертирования прекращается после появления импульса последовательности и вновь включающегося ключа 64, после чего начинается очередной этап накапливания энергии в контуре короткого замыкания электрической машины 63, ключи 57, 61 и 51 выключаются, а конденсаторы 53 и 55 перезаряжаются с полярностью, указанной ня фиг. 3 без скобок.В дальнейшем процессы коммутации происходят аналогично.Рассматривая процесс Формирования пачки импульсов тока инвертирования фазы например А (фиг. 2, 1), можно увидеть, что первый импулье тока, передний фронт которого задержан элементом 36, самый короткий, второй, задержанный элементом 37 " длиннее. Передние фронты последующих восьми импульсов тока - без задержки, так как на выходе формирователя ЗЗ появляется "1". Однако третий импульс11 11441 тока укорочен по заднему фронту на величину, соответствующую длительнос ти второго импульса, за счет переключения тока из фазы А в фазу С, и он длиннее второго. А четвертый импульс укорочен по заднему фронту на величину, соответствующую длительности первого импульса, и он длиннее третьего. Пятый, шестой, седьмой и восьмой импульсы тока инвертирования фазы А 10 имеют максимальную длительность, обусловленную длительностью импульсов последовательности 01 . Девятый и десятый импульсы тока короче восьмого на длительность первого и второ 1 го импульсов, соответственно,за счет срезания задних фронтов при переводе тока в Фазу В.Одиннадцатый импульс Фор. мируется с меньшей задержкой по перед-кнему Фронту, а двенадцатый - с большей; ЗъСледовательно, длительность импульсов постепенно увеличивается и 80 2достигает максимальной величины, за тем постепенно уменьшается. Амплитуда импульсов почти неизменна и определяется ЭДС электрической машинь 1, ЭДС Фазы сети и импедансом цепи, За-, дав определенные величины задержек, которые зависят от тока нагрузки, можно получить широтно-импульсную модуляцию тока инвертора по закону, близкому к синусоидальному. Это позволяет существенно уменьшить весога- баритные показатели фильтров трехфазного инвертора тока с принудительной коммутацией, работаюещго на сеть соизмеримой мощности при удовлетворительном качестве напряжения сети, ТаФким образом, устраняется существенный недостаток тиристорных преобразователей - искажение в результате коммутационных процессов формы питающего напряжения сети.