Способ управления ключами трехфазного инвертора

":гР ук ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Ульяновский политехнический институт (72) В.М.Иванов(56) Авторское свидетельство СССР М 830631,. кл. Н 02 М 7/48, 1979.Авторское свидетельство СССРМ 731551, кл. Н 02 М 7/515, 1977.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КЛЮЧАМИ ТРЕХФАЗНОГО ИНВЕРТОРА(57) Использование: преобразование постоянного напряжения в регулируемое трехфаэнЬе переменное напряжение для систем электропривода и вторичного электропитания. Сущность изобретения: инвертор выполнен в виде трех полумостов с первыми 1, 3, 5 и вторыми 2, 4, 6 ключами, коммутируемыми на несущей частоте, в несколько раз превышающей частоту выходного напряжепя.Лап 1815777 А 1 ния инвертора. В начале каждого периода несущей частоты на протяжении каждого нечетного интервала длительностью 60 эл. град, открыты одновременно первые ключи 1, 3, 5 всех полумостов, а в момент времени, определяемый законом модуляции выходного напряжения, в данном периоде несущей частоты производят переключение цепи нагрузки с первого ключа 1, 3, 5 на соответственно 2, 4, 6, На протяжении каждого четного интервала длительностью 60 эл. град. порядок коммутации ключей 1-6 изменяют на обратный, т.е. в роль первого ключа выполняет второй и наоборот. Моменты переключения ключей с первого на второй и обратно корректируют, обеспечивая симметрию относительно середины периода несущей частоты, в тех двух фазах, где длительность открытого состояния ключей максимальна и минимальна, 4 ил.Предлагаемый способ относится к преобразовательной технике и может быть использован, например, в преобразователяхчастоты с широтно-импульсной модуляциейдля регулирования скорости ансинхронногодвигателя.Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности путем снижения напряжения на ключах.На фиг.1 представлена схема трехфазного автономного инвертора для реализации способа; на фиг.2 показаны диаграммынапряжений и управляющих импульсов; нафиг,З - диаграммы исходных (а) и скорректированных (б) управляющих импульсов инапряжений; на фиг.4 - пример устройствауправления для реализации предложенноговида модуляции,Автономный инвертор содержит три полумоста полностью управляемых ключей 16 и три полумоста неуправляемых обратныхвентилей 7-12. Каждый из полумостов фазыинвертора состоит из согласно-последова. тельно соединенных первого и второго ключа, подключенных соответственно к первомуи второму выводам источника питания, асредней точкой к соответствующей фазеасинхронного двигателя,Рассмотрим работу инвертора при соотношении между несущей и выходной частотами инвертора равном 12.На 1-м периоде несущей частоты, гдепроисходит переход фазы А через "0" (см.фиг.2), в начале периода открывают вторыесиловые ключи 2, 4, 6 полумостов фаз инвертора. Затем производят переключение напервые ключи 1. 3, 5 полумостов в соответствии с законом модуляции напряжений вФазах инвертора. На 2-м периоде несущейчастоты указанный порядок работы ключейсохраняют, а на 3-м периоде порядок работы ключей в фазах инвертора изменяют напротивоположный в соответствии с изменением знака производной модулируемого напряжения в фазе В,Таким образом, порядок работы первыхи вторых ключей изменяют всякйй раз, когда начинают формировать вторую половинуотрицательного или положительного полупериода напряжения для фаэ А, В, С двигателя 13, т.е, через 1/6 часть периодавыходного напряжения инвертора. Модуляция напряжений Од Ов, Ос на фазах двигателя осуществляется за счет регулирования времен включения ключей, входящих в фазы инвертора,В случае исходной синусоидальной модуляции длительность включенного состояния первых ключей для фаз А, В, С (см.фиг.З,а) записывается следующим образом;Лт 1 д = х(1 +,и з 1 п(К - 1)2 л /и)/2;Ь т 1 в = х(1+,и з 1 пЦК - 1)2 л /и - 2 л /3)/2; (1)Ь 11 с = х(1+,и 3 п(К - 1)2 к/и+ 2 л/3)/2,Здесь и = коэффициент глубины моду ляции; Х = Т/бй - длительность периоданесущей частоты, где й - любое целое число; и = бй = 1/ Й- соотношение между несущей 1 и выходной Ичастотами; К = 1, 2, 3,- номер периода несущей частоты. Импуль-.15 сы управления вторыми ключами 2, 4, 6 дополняют импульсы управления первыми ключами 1,3,5 до периода несущей частоты,Основные ограничения, определяющие коэффициент использования источника питания по напряжению и действующее значение 1-й гармоники выходного напряжения, проявляются при углах модуляции л/2 и близким к ним при другом п. Это обусловлено тем, что моменты переключения с первых ключей на вторые, в совокупности определяющие результирующее напряжение, несимметричны относительно периода несущей частоты для различных фаз инвертора.Для устранения влияния асимметриимоментов переключения на кривые выходного напряжения моменты переключения ключей корректируют, Для этого выбирают 35время, соответствующее минимальной Ью, и максимальной ЬЬах длительности работы ключей следующим образом.:Х Л 1 вах - Ь 1 щ иС.З Ьип240л . Х Ь гпах Ь 1 васз Ьпах2 2Где Лттп, ЬФвах - минимальное и максимальное значение времен включенного состояния первых ключей в фазах инвертора.определяемых системой уравнений (1),Закон модуляции при принятом соотношении между несущей и основной частотами необходимо изменять на четных периодах несущей частоты (см, фиг.2, З,б).так как на нечетных интервалах моменты переключения ключей в двух фазах инвертора симметричны относительно серединц периода несущей частоты и соответствуют модуляции равных значений напряжения, Среднее значение напряжения на периодах несущей частоты для фаз двигателя при этом остается беэ изменения, Импульсы уп 1815777равления первыми ключами для описанногоспособа управления приведены на фиг.2.Кривые фазных напряжений двигателя ОА,ОВ, Ос при соединении обмоток двигателяв звезду показаны ниже, 5Коэффициент использования источникапитания инвертора по напряжению можноопределить из следующего соотношения: 10 К = Он.ср./Е,Квах- ,сс,правлени писан щах 2 т 1 + с зп л/2 - г 1 - с вп л/2) бг3 1 гпах, Л 1 1 В =Л 1е коэффициентапитания инверо следующим соо где ния быт ользоваможет шением: выше сточни ыраже 40 х Ь 1 Гйдх Л тп)п что для описанного управления по нию с прототипом составляет повы 1,33 раза. Эффект повышения коэф та использования источника питани тора по напряжению справедли других соотношений между несущ новной частотами, например, при коэффициент повышается е 1,21 р и = 24 - в 1,33 раза и т.д. Это и облегчить работу ключей, так как н ние источника питания при этом мо зить. Использование уазанного позволяет также расширить диапаз лироеания частоты вращения асинх двигателя вверх от номинальной вращения асинхронного двигателя сравнешение в фициен я инвер в и для ей и осп=18 аза, при озволяет эпряжежноснэффекта он регурон ного частоты при со 45 где Он,р. - среднее напряжение на нагрузке, Е - напряжение источника питания. Например, для фазы А двигателя при угле модуляции равном л/2 его максимальные 15 значения составляют:для известного управления хранении перегрузочной способности двигателя.На фиг.4 показан пример устройства для реализации предложенного вида модуляции, Устройство управления трехфазным инвертором содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, счетчик 2 периода несущей частоты, счетчик 3 соотношения между несущей и выходной частотами инвертора, счетчики 2 и 3 подключены соответственно к младшим и старшим адресным входам постоянного запоминающего устройства 4, выходы данных которого через блок 5 усилителей подключены к управляющим входам ключей инвертора.Основным элементом устройства (фиг.4), определяющим последовательность срабатываний ключей и длительность их работы является постоянное запоминающее устройство 4. Адресное пространство запоминающего устройства разбито на ряд областей, число которых равно соотношению между несущей и выходной частотами инвертора. Протяженность одной области определяется разрядностью счетчика 2 периода несущей частоты. Каждый из разрядов запоминающего устройства программируется последовательностями 0 и 1, число которых пропорционально соответственно паузе и работе соответствующего силового ключа 1-6 (фиг,1, 2) на периоде несущей частоты, Совокупность состояний разрядов составляет результирующий код ячейки памяти, определяющий работу всех ключей инвертора на такте работы задающего генератора. Результирующий код одного разряда даннь 1 х внутри области пропорционален длительности работы соответствующего ключа инвертора на периоде несущей частоты, Исключение сквозных токов в момент переключения ключей, входящих в фазу инвертора, достигается программированием 0 в соответствующем разряде запоминающего устройства по адресу, пропорциональному фазе момента переключения,Развертка кодов во времени, поступающих с выходной шины данных запоминающего устройства 4 через блок усилителей 5 на управляющие входы. ключей инвертора, осуществляется с помощью задающего генератора 1 и счетчиков 2 и 3. При этом с помощью счетчика 2 осуществляется развертка кодов внутри области памяти, а счетчика 3 - переход на другую область памяти (период несущей частоты).Таким образом корректировка управляющих сигналов. обеспечивающая симметрию моментов переключения цепи нагрузки в двух фазах инвертора относительно сере1815777 йюлуар. 1 ЖчЮулр,Ыюгуюр дины периода несущей частоты, позволяет повысить запас по длительности работы ключей и увеличить действующее значение 1-й гармоники выходного напряжения.Фо р мул а и зоб рете н и я Способ управления ключами трехфазного инвертора с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащего в каждой фазе полумоста из согласно последовательно соединенных первого и второго ключа, подключенных соответственно к первому и второму входным выводам, причем на протяжении каждой нечетной 1/6 части периода выходного напряжения инвертора Т в начале каждого периода несущей частоты т= Т/6 й, где й - любое целое число, открывают одновременно все первые ключи, а в момент времени,определяемый законом модуляции данной фазы выходного напряжения инвертора на данном периоде т, переключают цепь на-.грузки инвертора с первого ключа на вто рой, а на протяжении каждой четной 1/бчасти периода Т, порядок коммутации ключей изменяют на обратный, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежно. сти путем снижения напряжения на ключах, 10 моменты переключения цепи нагрузки спервого ключа на второй и обратно корректируют; обеспечивая симметрию относительно середины периода т в тех двух фазах, где длительность открытого состоя ния ключей соответственно максимальна иминимальна.1815777 кто ректор Н Ревская аказ 1643 Тираж Подписное ВНИИПИ Государстванного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5