Способ управления трехфазным мостовым инвертором и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз Соввтскик Социалистических Республик, свил-ву 2061885/ Госуд Совет по д ственныи комите Министров ССС ам изобретений открытий 8,Бюллетень42описания 20.11.78 вторыобретения Г.С.Мыцык и А,И ев(71) Заявите осковский ордена Ленина энергетический институт(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИМ областиа именно стоянжет быт трехфаз едназнаа иенного тока номн трос ем элек ны способ основанные нополярной татком дан большие и равления инвер применении ме, Ы, Г 33.пособов явния выхо ноШИМых с к аже ымеет по жения в25ройствабариты.Цельжений вгетичес тние искание энерэобретенияодного токах показателе мень улуч Изобретение относится к преобразовательной техники,к классу преобразователей п ного тока в переменный, и м использовано при построении ных мостовых инверторов, пр ченных для частотного запус управления двигателями перем а также при построен ых централизованных сист набжения, Иэвест ы упторами, натодов одНедо с нляются с д го тока,Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ управления трехфазным инвертором, заключающийся в том, что на управляющие входы ключей инвертора, подсоединенные к одному выводу источника питания, подают сдвинутые относительно друг друга на 2 41/3 сигналы с однополярной ШИМ по убывающему закону в интервале 2 % /3 -: 9 (и в интервале 0-,Й/3) угла проводи.мости каждого ключа, т.е. подают управляющие сигналы с Ш по трапецеипальному закону.Из известных устройств для управ ления инверторами с однополярной ШИМ наиболее близким по технической сущности является устройство управле ния инвертором 2, Вто устройство содержит задающий генератор, два де.лителя частоты с разными коэффициен тами деления, коммутатор в виде двух шестиячейковых регистров сдвига и диодной матрицы, логический блок и формирователи импульсов.Принцип работы этого устройства заключается в том,что оно формирует импульсы управления тиристорным однофазным инвертором так, что в ходное напряжение его при этом и вид сигнала с однополярной ШИМ трапецеидальному законуНедостатком данного способа при применении его в трехфазном мостовом инверторе являются большие искаыходного тока в областиавар 1, Недостатком данного усявляются большая масса и га633128 45 50 55 формирователей подают на днухвходовой логический элемент И 23, а с его выхо- бО да снимают сумму импульсов этих посПоставленная цель достигается тем что в способе управления трехфазныммостовым иннертором, заключающемсяв том, что на управляющие входы ключей инвертора, присоединенные к одному выводу источника питания , подают сдвинутые относительно друг дРугана 2 Л /3 сигналы сширотно-импульсной модуляцией по убывающему закону в интервале 2 41 /3 - Ф угла проводимости каждого ключа, в интервалах0-2 11 /3 углов проводимости каждогоключа инвертора на их управляющиевходы подают неизменный по амплитуде сигналВ устройстве, реализующем данный способ, содержащем задающий генератор, к выходу которого подключены дна делителя частоты с разными коэффициентами деления, трехфазное пересчетное кольцо, своим входом соединенное через элемент И с выходами делителей частоты, логический блок и блоки гальванической развязки и усиления, указанный логический блок выполнен н виде трехнходовых и двухвходовых элементов И и триггера, причемвходы одного двухвходового элементаИ, последовательно соединенного с триггером, подключены к выходам делителей частоты, выход триггера подключен к одному из входов шести трехвходовых элементов И, выход каждого изкоторых подсоединен к одному из входов шести днухвходовых элементов И,а остальные входы элементов И подключены к выходам трехфазного пересчетного кольца. Блок гальванической развязки выполнен н виде триггера с раздельными входами, двух блокинг-генераторов в управляемом антоколебательном режиме и:инвертора амплитуды причем рездельные входы триггера связаны с одним .из выходов логического блока через упомянутые блокинг-генераторы, а один из блокинг-генераторов подключен к выходу логического блока через инвертор амплитуды.На фиг, 1 показана схема трехфазного иннертора; на Фиг. 2 представлены: а) законы управления ключами инвертора; б) выходные фазные напряжения 1),1)н,О;и в) линейные наприжениЯЦн, Ц ,11длЯ активно-индУктивной йагрузкй, соединенной в звезду. Схема трехфазного инвертора выполнена на ключах 1-6 и диодах 7-12,Согласно способу в интервале0 - 2 Й /3 на управляющий вход ключа 1 инвертора (фиг,2) подают постоянный по амплитуде сигнал, а в интервале 2 й /3-.Й подают сигнал с ШИМ по убывающему закону, например, линейному. В данном случае сигнал с ИИМ состоит из четырех импульсов. При увеличении числа импульсов в сйгнале с ШИМ улучшается качество выходного тока инвертора, но вместе с этим Р5 О )5 20 25 30 35 40 значительно возрастают динамические потери в ключах инвертора, которые прямо пропорциональны числу переключений. При четырех импульсах качество выходного тока достаточно приемлемое, а динамические потери еще незначительны. Аналогичные сигналы, но с соответствующим фазовым сдвигом (см,фиг.За)подают на входы остальных ключей. При данном способе управления в инверторе чередуются два состояния ключей: замкнуты три ключа, затем два, снова три, затем два и т.д. Например, (см.фиг,За ) на интервале 11 проводят ключи 1,4,5, на интервале 1 ключи 1,4, на интервале 1 - 1,4,5. При чисто активной нагрузке фазисе напряжение (Юн) имеет нид, показанный штриховкой на фиг.Зб. Форма напряжения характеризуется четырьмя значениями потенциалов:ОЦЗлг ЦЛ,2/Ь Г , При изменении угла нагрузки форма напряжения несколько изменяется из-за влияния э,д,с. само- индукции нагрузки, однако .Уже при сов, 0,87 приобретает нид, показанный на фиг. Зб сплошными линиями, и характеризуется днумя значениями потенциалон 1/3 1 л и 2/3 Еи, Основные гармоники напряжения 211 и тока 1 д показаны для фазы А штрих-пунктирной и пунктирной линиями соответственно.Блок-схема устройства, реализующего данный способ, показана на Фиг.З, На фиг. 4 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.Устройство для управления инвертором содержит: задающий генератор 13, к выходу которого подключены два делителя частоты 14 и 15 с разными коэффициентами деления щ и я причемю:п 1)/1 элемент И 16, трехфазное пересчетное кольцо 17, логический блок 18, блок 19 гальванической развязки и блок усиления 20. Принцип работы схемы заключается с следующем.Импульсы задающего генератора 13 частоты о преобразуют с помощью делителей частоты 14,15 на 4 и 5 в две последовательности импульсов частот Гаи . , которые снимают с Формирователей 21 и 22.Существуют нанболее целесообразные соотношения коэффициентов деления делителей. Они определяют число переключений ключей за период, в данном случае взяты 4 и 5 и, близки к оптимальным. Дне последовательности импульсов частот с инверсных выходов ледовательностей и с помощью триггера 24 преобразуют их в широтно-модулированный сигнал, частота повторения которого в 6 раз выше выходной частоты инвертора.633 10 Формула изобретения Две последовательности импульсовочастоти ф с нормальных выходов формирователей 21,22 подают также на элемент И 16 а результирующий сигнал частоты 1(20 с его выхода подают на вход пересчетного кольца 17, которое с помощью триггеров 2526,27 формирует три серии прямоугольных 5 импульсов со скважностью 2, сдвинутых относительно друг друга на 2 й/3Частота импульсов на выходе перес- четного кольца 17 является выходной частотой иннертора и равна Го/110С помощью шести трехвходовых логических элементов И 28-33, на входы которых подают сигналы с триггеров 25,26,27, пересчетного кольца 17 и сигнал с ШИМ с триггера 24, формируют шесть последовательностей сигналов с ШИМ (см. например ПНЬ,Э 1 фиг.6) со скважностью 6, сдвинутых относительно друг друга на угол в масштабе ныходной частоты инвертора.С помощью двухвходовых логических 20 элементов И 34-39, на входы которых подают сигналы с выходов трехвходовых логических элементов И 28-33 и с триггеров 25,26,27 пересчетного кольца 17, осуществляют пристыковку по лученных сигналов с ШИМ к сигналам прямоугольной формы с выхода перес- четного кольца 17, Часть полученных сигналов (с выходов логических элементов 34,36,38) подают через усили тели 20 на управляющие входы транзисторов 2,4,6 иннертора. Другую часть , сигналов (с выходов логических элементов 35,37,39) подают через блок 19 гальванической развязки, усилители 20 на управляющие входы транзисторов1,3,5 инвертораБлок гальванической развязки 19 работает следующим образом.Сигналы с логических элементов40 35,37,39 подают на блокинг-генераторы 40,41,42, а на блокинг-генераторы 43,44,45 подают сигнал с инверторов амплитуды 46,47,48. И с выходов блокинг-генераторов сигналы подают на раздельные входы триггеров 49,50,51, Выходы триггеров 49,50,51 присоедине ны ко входам усилителей 53,54,55,56, 57.Предложенная схема гальванической развязки обладает высокой помехоустойчивостью, обеспечиваемой тем, что на раздельные входы триггера поочередно подают не отдельные импульсы, а пакеты импульсов с высокой частотой заполнения (в макетном образце, напримеР,400 кГц), так что при случайном ложном опрокидывании триггера происходит лишь микросекундной длительности искажение управляющего сигнала, посколькуближайший следующий импульс пакетавостановит триггер вновь в прежнеесостояние. Блокинг-генераторы рабо 60тают в так называемом управляемомантоколебательном режиме. Генерация 128 6имеет место лишь при наличии на еговходе управляющего импульса . Длительность генерируемых блокинг-генераторами импульсов составляет десятые доли микросекунды, поэтому размеры импульсного трансформатора блокинг-генераторов незначительны.Блок 20 усилителей 52-57 осуществляет усиление и инвертирование сигналон с логического блока 18 и схемыгальванической развязки,Выходы усилителей 20 присоединены ко входам транзисторов инвертора.Таким образом, предложенный способ позволяет:1. Существенно уменьшить искажения выходного тока инвертора какн сравнении со способами управления с однополярной ШИМ, так и в сравнениис широко распространенными 180 и 120законами управления.2. Улучшить использование напряжения питания инвертора, т.е. снизитьнапряжение на его ключевых элементах(амплитуда основной гармоники фазного напряжения для предлагаемого способа в долях от напряжения питанияранна 0,607).3. Значительно расширить диапазонизменения сонр нагрузки (от соЬ р,=0,21-, 0 до Соа р, = 0,87 - : О), вкотором спектр ее напряжения остаетсянеизменным и отсутствует фазовый уходосновной гармоники напряжения. ПоследУнее важно для уменьшения качаний двигателей переменного тока, питающихсяот иннертора. 1. Способ управления трехфазныммостовым инвертором, заключающийся втом, что на управляющие входы ключейинвертора, присоединенные к одномувыводу источника питания, подают сдвинутые относительно друг друга на2 Й /3 сигналы с широтно-импульсноймодуляцией по убывающему закону винтервале 2 в /3 -,Й угла проводимостикаждого ключа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшенияискажений выходного тока и улучшенияэнергетических показателей, в интервалах 0- 2 к/3 углов проводимости каждого ключа иннертора на их управляющиевходы подают неизменный по амплитудесигнал,2. Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее задающий генераторк выходу которого подключены два делителя частоты с разными коэффициентами деления, трехфазное пересчетноекольцо, своим входом соединенное через элемент И с выходами делителей частоты, логический блок, блок гальванической развязки и блок усиления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что укаэанный логичеСкийблок выполнен в виде трехвходовых и двухвходовых элементов И и триггера, причем входы одного двухвходового эле мента И, последовательно соединенного с триггером, подключены к выходам делителей частоты, выход триггера подключен к одному из входов шести трех- Ь входовых элементов И, выход каждого из которых подсоединен к одному из входов шести двухвходовых элементов И, а остальные входы элементов подключены к выходам трехфазного пересчет ного кольца.3. Устройство по п,2, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, блок гальванической развязки выполнен в виде триггера с раздельными входами, двух блокинг-генераторов в управляемом автоколебательном Режиме и инвертора амплитуды, причем раздельные входы триггера связаны с одним иэ выходов логического блока через упомянутые блокинг-генераторы, а один из блокинг-генераторов подключен к выходу логического блока через инвертор амплитуды,.Источники информации принятые во внимание при экспертизе:1. Патент США Р 3573601, кл.Н 02 М 7/52, 1973,2, Мельничук П. П.,Гречко Э.К.Система управления тиристорным инвертором с однополярным широтно-импульсным напряжением. Сб. Проблемы технической электродинамики, вып.24 Наукова думка, Киев, 1972,с.111.3. Щеголев Л,И., Мыцык Г,С. Система управления трехфазным инвертором с однополярной ШИМ по трапецеидальному закону, Сб, Преобразовательная техника ХХ 1 конференция по радиоэлектронике, т.1, Томского университета, 1974.