Способ управления преобразователем постоянного напряжения в регулируемое трехфазное

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении централизованных источников вторичноо электропитания (ИВЭП) с квазисинусоидальным регулируемым напряжением.Целью изобретения является расширение диапазона регулирования и улучшение качества регулируемого напряжения.На фиг. 1 показан преобразователь постоянного напряжения в регулируемое трехфазное (силовая часть); на фиг. 2 - последовательности управляющих сигналов ( импульсов), предназначенные для управления одной мостовой инверторной ячейкой (формирующей, например, напряжение фазы А) в первом (а) и втором (б) диапазонах регулирования, а также выходное напряжение преобразователя(фазное Од и на обмотках трансформатора); на фиг, 3 принципиальная схема одного из возможных вариантов устройства для управления преобразователем, реализующего предложенный способ управления; на фиг. 4- временные диаграммы, поясняющие его работу,Силовая часть преобразователя постоянного напряжения в регулируемое тоехфазное (фиг. 1), для управления которым разработан предложенный способ, включает три трехфазные мостовые инверторные ячейки 1 - 3, каждая из которыхсодержиттри стойки ключей 4-9. Ключи 4-7 при этом выполнены на управляемом полупроводниковом приборе (транзисторе или тиристоре) шунтированным диодом, а ключи 8, 9 - в виде полностью управляемых ключей переменного тока, К средним точкам каждой из стоек ключей подключены согласно две первичные обмотки трансформаторов 10 - 12. Вторичные обмотки всех трансформаторов 10-12 соединены в звезду, образуя выход преобразователя,Принцип формирования последовательностей управляющих импульсов ключами 4 - 9 преобразователя поясняется Временными диаграммами на фиг. 2, где 04- 09 - алгоритмы управления этими ключами. Для наглядности, они представлены для случая последовательного (во времени) изменения углов регулирования а и Р соответствующих первой и второй последовательностям регулировочных импульсов. Введение дополнительных регулировочных переключений ключей 6-9 б соответствующих этим последовательностям, разнесено во Времени, т.е. изменение угла Р начинается после достижения а углом своего максимального значения а макс = л/12 (см, иг, 2 а и б). Первая и вторая последовательности управляющих импульсов 01, 05 обеспечивают открытое, длительностью л, состояние ключей 4, 5 первой стойки инверторной ячейки 1, Соответственно, на интервале л/24 - 25 л/24 сигнал 04 имеет положительную (или открывающую ключ 4) полярность, а сигнал 05 - нулевой или отрицательный потенциал, запирающий ключ 5, На интервале 25 л /24-49 л/24 полярность сигналов, 04, 05 изменяют, обеспечивая противотактное переключение ключей 4, 5. Введение регулировочных переключений не изменяет алгоритм управления ключами 4, 5. Третью и четвертую последовательности управляющих импульсов Ов, 07 подают на управляющие входы ключей 6, 7 второй стойки инверторной ячейки 1, соответственно на интервалах 9 л/8-15 /8 и л/8-7 л /8, Пятая и шестая последовательности Ов.09 поступают на управляющие входы ключей 8, 9 переменного тока. При этом ключ 8 открывают на интервалах (- л/8)-+ л /24) и 23 л/24 - 9 л/8, а ключ 9 - на интервалах (- л/24)- л/8 и 7 л /8- 2 3 л/24, В соответствии с третьей и четвертой последовательностями Ов, 07 управляющих импульсов, в определенных зонах указанных для них интервалов проводимости, обеспечивают многократные выключения ключей 6, 7 на угол регулирования а каждое. Зона введения этих переключений может быть различной, в зависимости от требований к величине ККо) и глубине регулирования. На фиг, 2 она равная л/3 и введена на интервалах проводимости 4 л/3 - 5 л/3 и л /3-2 л/3 соответственно 6 и 7 ключей. В этих же зонах обеспечивают включение 8 и 9 ключей третьей стойки (см. Ов, Оя на фиг. 2 а), Уменьшение величины выходного напряжения обеспечивается за счет увеличения угла регулирования а вплоть до его максимального значения айзакс = л/12. При этом в указанных зонах ключи 6 и 7 выключены, а 8 и 9 - включены постоянно, После этого в тех же зонах проводимости начинают производить переключения в соответствии с второй последовательностью регулировочных им. пульсов ф (см. фиг, 2 б). Так в зоне проводимости л /3 - 2 л/3 выключают на угол р включенный ключ 9 и включают ключ 8 (см. Ов, 09). Аналогично переключают эти ключи в зоне 4 л/3 - 5 ж /3. При соблюдении условия ф:Ях указанные переключения в обоих диапазонах регулирования могут производиться и одновременно,Рассмотрим реализацию предложенного способа управления трехфазным преобразователем на примере однойинверторной ячейки, например 1, на интер.вале проводимости 0- л, На интервале 0 - л/24 (см. фиг. 2) открыты ключи 5 и 9, т.е. ключи, подключенные к одной шине питания преобразователя (см, фиг. 1). В результате, на обмотках трансформатора 10 будет сформирована нулевая пауза напряжения, После выключения ключа 5 и включения ключа 4 на интервале л/24 - ж/8 (ключ 9 по-прежнему остается включенным) напряжение питания преобразователя будет приложено к двумя последовательно включенным первичным обмоткам транс 5 10 форматора 10, на каждой из которых будет наведено напряжение Оп/2, После выключения ключа 9 и включения ключа 7 все напряжение будет приложено только к одной обмотке, В зоне проводимости й/3 - 2 л/3 производят переключение ключей 7 и 9, в 20 результате чего напряжение на обмотках трансформатора 10 изменяется от Ол/2 до Оп. На интервале проводимости 23 к/24-л обмотках трансформаторов 11, 12 будут сформированы напряжения аналогичного вида, сдвинутые по фазе на угол 2 й/3. На трехфазной нагрузке преобразователя напряжение (фазное) будет иметь вид ОА,Устройство для управления (фиг, 3) пре 50 образователем постоянного напряжения в регулируемое трехфазное (фиг. 1), реализующее предложенный способ управления, содержит задатчик 13 частоты, выходом 55 подключенный через делитель 14 частоты на два к счетному входу двенадцатиканального регистра 15 сдвига. Регистр 15 сдвига может быть выполнен, например, на две- . открыты ключи 4 и 8, т.е, ключи, вновь подключенные к одной шине питания (на этот раз плюсовой), и напряжение на обмотке 25 трансформатора 10 вновь равно нулю. Форма этого напряжения будет иметь вид 01 о (фиг. 2 а). После достижения углом регулирования своего максимального значения, равного л/12, ключ 6 в зоне 4 л /3-5 ж /3 30 и, соответственно, ключ 7 в зоне л/3-2 л /3, будут постоянно закрыты (фиг. 2 б). Регулировочные переключения в соответствии с второй последовательностью регулировочных импульсов будут производить, З 5 например, в тех же зонах проводимости й/3 - 2 7 г/3 и 4 л /3-5 л /3 эа счет противотактного переключения ключей 8, 9. После выключения открытого в этой зоне ключаи включения смежного с ним и подключенно-. 40 го к той же шине питания, что и включенный ключ первой стойки преобразователя, на обмотках трансформатора 10 будет сформирована нулевая пауза длительностью Дсм. О 1 овзонах к/3-2 х/3 и 4 л/3. - 5 л /3). На 45 надцати триггерах с перекрестной связью, Парафазные выходы 01, 01.012, 012 регистра 15 сдвига подключены к входам трех триггеров 16 и 18 и трех идентично выполненныхузлов 19 - 21 формирования управляющих сигналоВ О 4 О 9, СВязи между выходами регистра 15 сдвига и установочными- К входами триггеров 16 - 18 выполнены так, чтО 1 = 04, К 1 = 04, 2 = 08, К 2 = 08, З = 012 и Кз = 012, Счетные входы триггеров 16 - 18 объединены и подключены к выходу задатчика 13 частоты, Последний подключен также к входам двух модуляторов 22, 23 ширины импульсов - источников первой ( а) и второй (Р ) последовательностей регулировочных импульсов. Модуляторы 22, 23 ширины импульсов могут быть выполнены в виде двух синхронизированных генераторов 24, 25 пнлообразного напряжения, выходные сигналы которых смещены таким образом, что максимальное значение первого из них равно минимальному значению Второго (фиг. 4) и двух компараторов 26, 27. Выходы а и 8 модуляторов 22, 23 соединены с входами узлов 19 - 21 формирования управляющих сигналов, оставшиеся входы которых нодключены к выходам 01,0 ь"Оз,Оэ триггеров 16 - 18, Выходы О 1, 01, 09; 09 и Оь Оь регистра 15 сдвига образуют выходы устройства, на которых будут сформированы сигналы управления ключами первых стоек инверторных ячеек 1-3 (в частности 04- 01; 05.= 01). Остальные сигналы будут сформированы после осуществления соответствующих логических операцйй над исходными последовательностями импульсов в узлах 19 - 21, Аппаратурная реализация, например, узла 19 формирования управляющих сигналов ключами 6, 9 инверторной ячейкой 1, обеспечи-. вающая связь между его входами и выходами, определяется следующими логическими и выражениями:О 6= 0102 а 02011; О 7= 0102 а 02011;08 = Об+ 0102 ф+ 012+ 0102 фО 9 = О 7+ 0102 + 012 + 01 фАналогично выполнены и узлы 20, 21 с учетом сдвига на угол 2 л/3 исходных последовательностей импульсов. Выходы узлов 19 - 21 формирования управляющих сигналов и соответствующие выходы регистра 15 сдвига связаны с управляющими входами ключей инверторных ячеек 1 - 3, обеспечивая их переключения в соответствии с разработанным алгоритмом.Предложенный способ управл зволяет обеспечить увеличение ди регулирования выходного напряже образователя при его улучшенном к Формула изобретени 1. Способ управления преобр лем постоянного напрякения в ре мое трехфазное включающим три м инверторные ячейки, каждая в в стоек ключей с управляющимиения поапазонания преачестве,ядзоватегулируеостовыеиде трехвходами,Принцип работы устройства поясняетсявременными диаграммами, представленными на фиг, 4. Сигнал 01 з с выхода задатчикачастоты обеспечивает синхронизацию работы всех узлов устройства. 014 - сигнал с 5выхода делителя частоты на два поступаетна вход регистратора 15 сдвига, на выходахкоторого будут сформированы парафазныесигналы 01, 61012, 612 выходной частоты,сдвинутые на угол л/12. Каждый из триггеров 16 - 18 синхронизирован соответствующей парой этих сигналов с выхода регистра15 сдвига, В результате выходные сигналы016-01 в (или О 1, 610 з, Оз) оказываютсясдвинуты на угол й/24 по отношению к сигналам 04, 08, 012 соответственно, Для обеспечения ШИР выходного напряженияустройство имеет два модулятора 22, 23 ширины импульсов, Входящие в их состав генераторы 24, 25 пилообразного напряжения 20синхронизированы от задатчика частоты, айх выходные сигналы 024, 025 смещены поЭМПЛИтудЕ таК, Чтс 024 макс = 025 мин (ФИГ 4)Н результате сравнения сигналов 024, 025 свходным сигналомОвх, в зависимости от величины последнего, сигналы на выходахкомпараторов 26,. 27 могут принимать следуащИЕ ЭНаЧЕНИя: ПрИ ОВХЧ 324 масс, 026 = 022=4, 027 = 023 = О, ПРИ Овх024 макс,026 = 1,027-р. Обе эти ситуации иллюстрированы ЗОФиг,4,Приведенные логические выражения,определяющие связи между входами и выходами узлов 19 - ,21, определяют, как известно. и их внутреннюю структуру. 35Например,одним из возможных вариантовреализации выражения для 06 является поСледовательная цепочка из элементов ЗИНЕ и ЗИ, а для реализации выражения 06 необходимо ввести еще элементы ЗИ, 402 ИЛ И-Н Е и 3 ИЛ И-Н Е. После осуществления логических операций на выходах узлов19-21 Формирования управляющих сигналов будут получены требуемые последовательности импульсов. В результате ключи 45преобразователя будут переключаться в соответствии с разработанным способом управления.причем третья из них выполнена на ключах переменного тока, к точкам соединения ключей стоек каждой из ячеек подключены согласно две первичные обмотки одного из трех выходных трансформаторов, заключающийся в том, что формируют три идентичные сдвинутые на угол 2 л/3 группыиз шести последовательностей импульсов каждая и подают их на управляющие входы соответствующих ключей преобразователя и первую последовательность регулировочных импульсов а, в соответствии с которой обеспечивают многократные переключения ключей, причем в соответствии с первой и второй последовательностями импульсов обеспечивают открытое длительностью л состояние первого и второго ключей соответственно по интервалам л/24 25 й/24 и 2 5 й/24-49 ж/24,в соответствии с пятой последовательностью импульсов обеспечивают открытое состояние пятого ключа на интервалах (- Ф 8)+й /24) и 23 к/24 - 9 л /8, в соответствии с шестой последовательностью импульсов обеспечивают открытое состояние шестого ключа на интервалах (-й/24)-л/8 и 7 й/8-23 к/24, а в соответствующих зонах проводимости в пределах ин-/ тервалов 9 Ф 18-15/8 и л/8-7 л/8 в соответствии с первой последовательностью регулировочных импульсов а обеспечивают многократные регулировочные выключения соответственно третьего и четвертого ключей и включения пятого и шестого ключей, где а - угол регулирования, изменяющийся от О до л/12, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, формируют вторую последовательность регулировочных импульсовр, в соответствии с которой обеспечивают противотзктные регулировочные переключения пятого и шестого ключей в соответствующих зонах, выбранных в пределах интервалов проводимости л/8 - 7 л/ и 9 й /8-15 й /18, причем величину угла ргулированияр изменяют от 0 до л/12 и задают ее не больше величины угла а. 2, Способ пои. 1, отл и ча ю щи йс я тем, что, с целью улучшения качества регулируемого напряжения, противотактные переключения пятого и шестого ключей преобразователя производят после достижения углом, регулирования а величины л /12.3. Способ по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что длительность зон регулировочных переключений задают равной к/3 и производят последние на интервалах ЫЗ й/3 и 4 ж/3-5 й/3,1688361 орректор., М.Демчик эктор М,бандур Заказ 3715 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раущская.наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин Сост Техре ель О.ПарФеновМ,Ыоргентал