Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКа лг г ггг ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ снижения амп гармоник при изших ысших гулирован таций вен е ч ра,к ие ре полуволнулируемым0 и 20ой шестоя к о скии инстинапряжени олняют нетервалах и систем управлеСУДАРСТВЕННЬ 1 й КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Способ управления трехфазньпчмостовым вентильным инвертором предназначается для широтно-импульсноймодуляции выходного напряжения инвертора, работающего в системе "преобразователь частоты - двигатель".Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного линейногонапряжения и улучшение энергетических показателей инвертора эа счет сигналами на ин 0-6180 эл, град. В течение кажд йчасти периода поочередно дл ажд ифазы вентили двух фаз одной группыиспользуют в режиме нулевых, т,е.вентили постоянно включены. Коммутацию вентилей третьей фазы другойгруппы осуществляют регулируемыми подлительности Несущими сигналами следующим образом, В начале каждой шестой части периода длительность первого несущего сигнала регулируют перемещением заднего фронта, а его передний фронт "сливают" с задним фронтомнерегулируемого сигнала на интервале 0-60 эл,град. Длительность импуль"са управления увеличивается относительно 60 эл,град, на величину длительности несущего сигнала, а числокоммутации вентиля уменьшается.1 эгпгф лы 3 илгИзобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и предназначено для осуществления широтно-импульсной модуляции выходного напряжения трехфазного мостового иннертора, работающего в системе "преобразователь частоты - двигатель .Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного линейно О го напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора за счет снижения амплитуд низших и высших гармоник при регулировании и снижения числа коммутаций вентилей инвертора, 15 а также исключение фазового искажения выходного напряжения,1 а Фиг.1 представлен вариант схемыинвертора, реализующего предлагаемыйспособ управления; на фиг,2 - диаграммы импульсов управления вентилямифазных и линейного напряжений приглубиье модуляции, равной 0,5; наФиг,З - схемы замещения инвертора для динтервалов импульса и паузы выходного напряжения,Схема трехфазного мостового инвертора (фиг,1) содержит управляемыевентили 1 и 2 фазы А; вентили 3 и 4фазы В; вентили 5 и 6 фазы С; мостобратного тока на диодах 7-12, источник 13 литания иннертора. 1( выходным зажимам инвертора присоединенатрехфазная нагрузка 14 - 16 соответ 35стненпо фаэ А, В, С, соединенная взвезду, На фиг.2 привецены диаграммы 17-22 имлульсон управления, соответст венно вентилями 1-6 инвертора;диаграммы 23-25 фазных напряжений40соответственно фаэ А, В, С; диаграмма 26 линейного напряжения (АВ) . Цифрами 27 - 29 обозлачепы моменты времени, соответствующие 0,30,60 эл,град. периода выходного напряжения для вентиля 1 фазы А. Цифрами30-37 обозначены моменты времени наодной шестой части периода выходногонапряжения (интервал 60-120 эл.град,)соответствующие переключению вентиля 1, Цифрами 38 - 40 обозначены моменты времени, соответствующие 120,150, 180 эл.град. периода выходногонапряжения для того же вентиля,На фиг.З приведены схемы замещения ицвертора для интервалов времени Б29-30, 31-32, 33-34, 35-36, 37-38",30-31, 32-33, 34-35,36-37 соответственно фиг.За, б. Для тр; хфазного мостового иннерторя период повторяемости составляет 60 эл.град, - шестую часть периода вьгходого напряжения, Работу инвертора н течение периода выходного напряжения для любой Фазы можно рассмотреть при помощи круговых перестановок диаграмм напряжения, полученных для всех фаз в течение периода повторяемости, Вентили одной группы - это вентили 1, 3 и 5 (фиг.1)т.е, вентили аноцной группы (вентили, аноды которых соединены с положительным зажимом источника 13 питания). Вентили другой группы - это ( для рассматриваемого случая) вентили 2, 4 и 6 (фиг.1), т,е, вентили катодной группы (вентили, катоды которых соединены с отрицательным зажимом источника питания), Импульсы управления вентилями одной группы представлены соответственно на Фиг.2 диаграммами 17, 19 и 21, а импульсы управления вентилями другой группы представлены на Фиг.2 диаграммами 18, 20 и 22, Сигналы нерегулируемой длительности - это сигналы, длительность которых не изменяется лри регулировании выходного напряжения инвертора, Регулируемые несущие сигналы - это сигналы, за счет изменения длительности которых осуществляется регулирование выходного напряжения инвертора. При предлагаемом способе управления нулевые паузы между имгульсами напряжения образуются путем замыкания на один из полюсов ( зажимов) источника 13 питания всех фаэ нагрузки ,14 - 16, Фиг.1), интервалы времени 30-31, 32-33, 34-35, 36-37 на Фиг,2, диаграммы 17, 23, 24, 25 и 26, Сигналы нерегулируемой длительности формируют па интервалах 0-60 эл,град, (Фиг2, диаграмма 17, моменты времени 27-29) и 120 в 1 эл,град. ( Фиг.2 моменты времени 38-40), Необходимо отметить, что в предлагаемом способе управления регулирование выходного напряжения инвертора осуществляется путем широтно-импульсной модуляции ло прямоугольному закону. Это позво,ляет уменьшить число коммутаций силовых вентилей за счет использования работы вентилей н двух фазах в режиме нулегых на интервале 60 эл.град, (риг,2, диаграммы 20 и 22, интервал времени 29-38), а н третьей фазе, проводящей полный ток нагрузки, су 1 3;9110 ществуют коммутации вентиля в соответствии с принятым законом модуляции (фиг.2, диаграмма 17, моментывремени 29-30, 31-32 и т,д. на интервале 29-38) .5Число коммутаций силовых вентилейинвертора всех фаз для одного периода выходного напряжения определяетсяв предлагаемом способе выражениемЦ= 12(К+ 1),где К - число регулировочных пауз втечение 60 эл.град, выходного напряжения, К = 2,3,4,После рассмотрения импульсов управления вентилями всЕх фаз в течение периода повторяемости (фиг,2,диаграммы 17-22 на интервале 29-38)легко продолжить полученные последовательности на весь период путем круговых перестановок ( фиг,2, диаграммы 17-22).Импульсы управления 17-22 (фиг,2)подают на вентили соответственно 1-6инвертора ( фиг.1). Фазные напряжения23-25 (фиг,2) получаются при использовании графоаналитического методапри последовательном рассмотренииэквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работыинвертора по предлагаемому способу. 30Выходное линейное напряжение инвертора образуется путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений (фиг.2, последовательность 26),Рассмотрим работу инверторафиг.1на нагрузку с коэффициентом сдвигафазы Со 5 су = 0,6 ( 1 = 53 эл,град.),пользуясь диаграммами импульсов управления 17-22 ( фиг.2) предлагаемого способа. Работа инвертора расматривается на одной шестой части периода выходного напряжения для всехфаз одновременно, полная картина фазных напряжений получается круговымиперестановками. Рассматриваемые моменты времени условно показаны стрелками на фиг.2 и обозначены 29-38.Отсчет времени ведется с отметки 29соответствующей максимальному значению линейного напряжения АВ (диаграмма 26 на интервале 29-30, фиг,2);импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 6 инвертора (фиг.1). В течение этого интервала времени токинаправлены следующим образом: токфазы А направлен от положительногозажима источника питания через открытый вентиль 1 к узлу нагрузки, ток Фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки; ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания(фиг.За). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами В и С.11 ри этом в фазе А амплитуда фазного напряжения на нагрузке равна +2/3 Е (Е - напряжение источника питания инвертора), а в фазах В и С равна - /ЗЕ фиг,2, диаграммы 23-25). На интервале 30-31 ( фиг.2) импульсы управления подают на вентили 4 и 6 катодной группы инвертора (фиг). Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (фиг,Зб). Б течение этого интервала времени токи направлены следующим образом; токи фаз А и С направлены ототрицательного зажима источника питания через обратные диоды 8 и 12 к узлу нагрузки; ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания 1 фиг.Зб), В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами, На интервалах 31-32, 33-34, 35-36, 37-38 импульсы управления подают ца вентили 1,4 и 6 инвертора. Схема замещения для этих интервалов та же, что и для рассмотренцого интервала 29-30 фиг,За). На интервале 37-38 ток фазы С переходит через нуль, при этом происходит переход тока с обратного диода 12 на открывшийся вентиль 6, Этот переход тока це влияет на распределение фазных напряжений и они остаются прежними до конца рассматриваемого интервала (фиг.За и фиг. 2, диаграммы 23- 25). 1 осле перехода тока нет обмена реактивной энергии между фазами В и С. На интервалах 32-33, 34-35, 36-37 импульсы управления подают на вентили 4 и 6 ицвертора и в кривых фазных напряжений формируется нулевая пауза (фиг.Зб и фиг.2, диаграммы 23-25),Таким образом, на интервале 29- 38, что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа трехфазцого мос 1236591тового инвертора на активно-индуктивную нагрузку с 1 = 53 зл,град, Полная картина Фазных напряжений получается путем круговой перестановки напряжений, полученнъх на одной шестой части периода (фиг,2, пос,ледовательности 23-25. Линейное напряжение получаот из соответствующих Фазных напрях(ений (фиг,2, последовательность 261, Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представляют собой последовательность широтно-модулированных импульсов. Форма выходных напряжений не зависит от параметров активно-индуктивной нагрузки в диапазоне изменения ее коэфициецта сдвига фазы 0 5 совЦс 1 0П 1)Рдля 1 ЯРмый спОсОб и;)11 вленкя позволяет улучхить. гармонический сос. тдв выходного нацряжецкя, В моменты времени 27, 29, 38, 40 тто с.оответсгвует началу каждой шестой части г.ерисдя выходного ндпр 5 х(епил 1 модуль Фазпого напряжения изменяется в одной 1фазе от - до - Е, а в другой - От3 3сдо 1- - В. Линейное напРЯже 2 х /цие, Обрдзовдное путем векторного сложения фазных напряжений, имеет в середине каждого полупериодд импульс длительцостью, которая в 2 раза г 1)евьшает длительность любого другого импульса гинейного напряжения (Фиг.2, диаграммы 23-26, интервал 27.38). Особенность формироцация линей- НОГО НДПРЯЖРЦЦ 5 СОСТОИ ГЯКЖЕ Б ТОМ что модуляция длительности импульса лицейе 10 ГО нддряжсцц 51 ца иетервдле- + , осущес.твляется перемене;кем6 31.ядие 0 (роцта им)Псаа цд цетср- нале- еь в в , 1- переднего рроцтяимпульса (момент времеци 37, Фиг,2,диагряммг 26, Й - число тактовых ццтервалов ца оде:.Ой шестой асти перцоДД ВЬ)ОДЦОГО ЦЯРЕ(-ЦЕЯ , ;РМОЕИ ческий состав выходного ндпрякецияпо предлагаемому способу управленияв сревнецеп с 1 звестцм способом пря-.моугольной Н 111 (Ш 11 свидете;и ствуето сних(сцци дц)11 туд цу(ць( гс 1)мо ник 1-51.УптЧШР ПИР ЭЦЕРГЕ ГИЧССКИХ ПСИСДЗДТЕлей ицце 1 тора Осуестцтсгс .д сч( т снижения числа коммутаций силовыхвентилей следующим образом. Сигналь,Формирующие полуволну напряжения,заполняют нерегулируемыми сигналамицд интервалах 0-60 эл,град, ( фиг.2,диаграмма 17, интервал времени 2829) и 120-180 эл.град, (интервалвремени 39-40. При этом в течение10кдх(дой шестой части периода поочередно ;тля каждой фазы вентили двухфяз одной группы используют в режименулевых, т.е. эти вентили Тостоянновключеныфиг,2, диаграммы 20 и 22,интервал времени 29-381,15Комутацио вентиля третьей фазыдругой группы осуществляют регулируемыми по глительности несущими сигнагами следуощем образом. В начале кажДОЦ ШЕС,Той тДСГИ ПРРИОДЯ ДЛИТРЛЬЦОСТЬ20гервого несущего сигналя регулируютперемещением заднего фронта цесущеГго сигналя 1 феГ.2, диаграмма 17 момент времени 30), а его передний25фронт сливаютс задним Фронтом неРЕГУЛИРУЕЕОГО СЦГНала та ИЕ"гЕРЕДЛЕ0-60 эл,град. (Фиг,2, диаграмма 17,момент времени 29). Таким образом,длительность импульса управления силового вентиля увелечи 1 ается относиЭОтельно 60 эл. град. 1 д величну дли)ельности несущего сигнала, д числокоммутаций эого (е силового венткляуменьшается (фиг.2, )цягрдмма 17, ин.ервял времецц 27-30). В конце этой35 жь ШЕСТОЙ ЧаСтИ ПерцОдя дт,:ПТЕЛ 1 ОСТЬОследцего цесущегс сигнала ре: улируот ерееец 1 ем пере;него Фронта цеуе 1 с си 1 цала(11 г,. днярямд 1 71момецт времени 37), я его задццй40фроцт сливают с гереццц 1 ф;оцтомНерегулируемого сц я)а ца ицтервале120-.180 элград, (фцг,2 дидгра;гмя17, конец- времени 381. Таким ОбраЗс., ДЦТЕЛЬЦСТ ИМУЛЬСа .ПРЯВЛЕЦКЯ4И-ОБО; 0 ВЕН Г 1 Л 5 УВР ЛИЦ 1 БДЕТСЯ ОТЦОсит(.т 1 ц( )О эл,град, цд велцчицуи(Рот. НЕС у 1 ЕГО ( Ит тта:тд а ИС10 1 ОМтТ:1 ЦЙ ЭТОГО КЕ (ИЛОВ Г)ГО ВЕЦхиля утецьшаетс 1 ( Фгц . 2, е цдграммя17 еп гервгт времен. 37-40, Слеповат льцо, цд интервале длительностьюв одну песуо част 1 периолд осушсств(тс.я бескоммутдциоццый пегехс)1 им.льсо урдтлецц 1 вец гилями двух5 фс 1 з Одц 01 шгстой части пРриодд в другуо и из друго в третью и т.д, Па фцг,2 эти моменть Обозцдчее цифрами 29;пя (11 з Л (11 ид 1 тм.я 17) и ВЛи36591 7 2аграмма 20 и 38 для фаз А (диаграмма 17) и С (диаграмма 22), В следующей шестой части периода такой бес"коммутационный переход осуществляется опять для двух фаэ и т,д. Такойбескоммутационный переход импульсовуправления силовых вентилей всех фазприводит к снижению числа коммутацийсиловых вентилей и, следовательно,к улучшению энергетических показателей инвертора,Формула изобретения 1, Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения путем формирования откры,вающих нерегулируемых сигналов вентилей инвертора каждой фазы на интервалах 0-60 и 120-180 эл.градпериода выходного напряжения и формирования на интервале 60-120 эл,град, несущих сигналов с широтно-импульсной модуляцией путем 11 -кратного выключения вентилей инвертора и изменения углаих проводимостиот 0 до - где38любое целое число, при этом длительность первого из несущих сигналов регулируют перемещением заднегофронта несущего сигнала, переднийфронт которого совпадает с заднимфронтом нерегулируемого сигнала ,аинтервале 0-60 эл.град о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выход О ного линейного напряжения и улучшения энергетических показателей инвертора, длительность последующихпосле первого несущих сигналов на интервале 60-120 эл.град. регулируют 15 перемещением переднего фронта, а задний фронт последнего из них совмещают с передним фронтом нерегулируемого сигнала на интервале 60 -120 эл,град.20 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью исключения фазового искажения выходного напряжения, длительность последующих 25 после первого несущих сигналов, кроме последнего, на интервале 60- 120 эл.град. регулируют перемещением как переднего, так и заднего фронтов.Фиг Редакто апп 1 одписно к аз 3096 Р оизводственно-полиграфическое предприят ие, , " рг Ужго оц ул, Проектная 7ВНИИПИ Государств по делам изобрет113035, Москва, Ж Составитель Е, Калинкин ехред Л,Олейник Корректор Е, Сирохма Тираж 631 иного комитета ССС ний и открытий 35, 1 аушская наб